Structural Characterization of a Human Cytosolic NMN/NaMN Adenylyltransferase and Implication in Human NAD Biosynthesis*210

NMNとNAPにおけるヒトへの影響

NAPとNADPは、すべての細胞のエネルギー変換および代謝に不可欠です。 何百もの酸化還元反応に関与し、偏在する補因子となります。 NADは多くの核タンパク質のADPリボシル化、遺伝子サイレンシング調節に関与するサイレント情報レギュレーターSir2のようなヒストンデアセチラーゼおよび再クリックADPリボースの依存性の基質としても機能します。

PNATは、NMNとATPやAMP部分との縮小を触媒して、NADまたはNaADを形成するNAD生合成経路に不可欠な、中心酵素となります。 ここでは、細胞質とミトコンドリアに位置する新規ヒトPNATの同定と、構造特性を報告していきます。

細胞組織におけるNMNの働き

細胞内局在および組織分布は、以前に同定されたヒト核PNAT-1およびPNAT-2とは異なってしまいます。 アポ型およびその基質または生成物と、複合体を形成したPNAT-3の詳細な構造分析により、酵素の触媒機構が明らかになりました。 細胞質ゾルのヒトPNAT-3の特性は、NAD生合成経路の最終段階が哺乳類の細胞質とミトコンドリアに存在することを示しています。

これはNMNのプールに寄与する可能性がある説得力をもった証拠となり得るのです。 NAD+およびNADP＋は、細胞全体の何百もの代謝レドックス反応における主要な水素供与体または受容体として、何十年もの間、知られています。 これらのヌクレオチドが一緒になって事実上すべての細胞代謝経路に直接影響を及ぼします。

さらに、NADはDNA修復およびゲノム不安定性の調節に関与するプロセスであるADPリボシル化による核タンパク質の共有結合修飾の基質として機能します。 最近、この古くから知られている分子について、多くの新しい刺激的な機能が発見されたのです。 これらには、遺伝子サイレンシングの調節や、酵母からワーム、特定の哺乳類にいたるまでの種の寿命を引き延ばすことに関与しています。

カルシウムとNMNの関係

さらに、NMNの誘導体は、強力な細胞内カルシウムの動員剤であり、さまざまなCa+シグナル経路伝達に関与してることがわかりました。 これらの最近の開発は、細胞のNMNと調節の調査にかなりの追加的な関心をもたらしました。

NMNは、すべてのNAD生合成経路の中心的なステップを触媒する不可欠な酵素として知られるようになりました。 抗がん剤チアゾフリンの活性型TADへの代謝変換において、律速段階を触媒します。 昨今、ヒト核PNATが、損傷した軸索およびシナプスのワーラー変性を遅らせるのに重要な役割を果たす可能性があることがわかっています。

ワーラー変性マウスのうち遅いモノは、ユビキチン化因子E4BのN末端領域と融合したhsPNAT-1をコードするキメラ遺伝子であることがわかっています。 ムの類似性を示しています。 よって、この経路を理解することで、新しい治療戦略へのルートとなります。

ヒトへの影響

過去数年間において、3つの生命界すべてのさまざまな生物において、PNATの酵素学的および構造的研究が大幅に進歩しました。 ヒトでは、2つのPNATアイソフォームがクローン化されたり精製されたりし、それらの速度論的特性が分析されました。

ヒトの核PNAT-1は、核にのみ存在し、心臓、骨格筋、そして程度は低いですが腎臓と肝臓で高レベルで発現されることが示されました。 ヒトPNAT－1は、リン酸化によるさらなる調節を受ける可能性があります。 結晶構造はアポ型とNMNと、NAD、NaAD、またはTADとの複合体として解明されています。 これらの構造体は、タンパク質の六量体組織を明らかにし、NMNおよびNaMN基質の両方を認識する際の二重特性の構造基礎を提供しました。

ヒトPNATの別のアイソフォームであるNMNAT-2とは異なります。 それは307残基を含み核酵素と34％の配列同一性を共有します。 その組織発現レベルは一般的に低く、主に神経系で発現すると考えられています。

酵素とNMN

活性酵素は核型と比較して遙かに低くなります。 両方のヒトPNATアイソフォームはNMNおよびNaMN基質を同等によく認識します。 したがって、それらは、NMNまたはNaMN中間体のいずれかを介してNAD生合成の新規およびサルベージやリサイクル経路に参加することができます。

実質的な細胞NADプールはミトコンドリアに保存されています。 ラットの肝臓ミトコンドリアでのPNAT活性も報告されています。 今回のこの論文では、細胞質ゾルとミトコンドリアに位置する新規ヒトPNATの同定と特性評価について報告したレポートがあります。

すべての基質や生成物構造解析は、すべてのPNATおよびその他のIGHモチーフを含むアデニリルトランスフェラーゼ間で共有される可能性が高い、アデニリル転移反応の触媒メカニズムに関する重要な洞察を提供しています。