アルカリホスファターゼイソ酵素

アルカリホスファターゼのゲノム構造、タンパク質化学、酵素学

ALP (orthophosphoric-monoester phosphohydrolase, alkaline optimum, EC 3.1.3.1) は植物や動物で自然の至る所に見られる (McComb et al, 1979). ヒトでは、4つのALPアイソザイムが、4つの別々の遺伝子によってコードされている（Millán, 1988, 2006; Harris, 1990; Moss, 1992）。 そのうち3つのアイソザイムは基本的に組織特異的に発現しており、腸管、胎盤、生殖細胞（胎盤様）ALPと呼ばれている。 4番目のALPアイソザイムはユビキタスに発現しているので、TNSALPと呼ばれている (Stigbrand and Fishman, 1984; Harris, 1990; Moss, 1992)。 骨格、肝臓、腎臓の組織には特にTNSALPが多く含まれている。 ヒトの骨、肝臓、腎臓から精製されたALPの間で特徴的な物理化学的性質（熱安定性、電気泳動移動度など）はグリコシダーゼにさらされると失われる（Moss and Whitaker, 1985）。したがってTNSALPは「第二の」アイソザイム（私はこれらを「アイソフォーム」と呼ぶことにする）であり、ファミリーである。

TNSALPの遺伝子マッピング記号はALPL（「ALP-liver」）であるが、TNSALPの肝臓アイソフォームの機能は不明である（後述）。 ALPLは1番染色体の短腕（1p36.1-p34）の先端付近に位置し、腸管、胎盤、生殖細胞のALPの遺伝子は2番染色体の長腕（2q34-q37）の先端にある（Harris、1990；Millán、2006）。 ALPLは祖先遺伝子と思われるが、組織特異的なALPは遺伝子重複によって形成されたと思われる（Harris, 1990）。 ALPLは50kbよりやや大きく、12のエキソンを含み、そのうち11が翻訳されて507アミノ酸残基からなる成熟酵素を形成する（Weissら、1988b）。 TATAとSp1配列は制御要素であると考えられるが、基本的な発現は「ハウスキーピング」プロモーターの効果を反映していると思われ、一方、様々な組織における発現の差は転写後のメカニズムによって媒介されていると考えられる（KiledjianとKadesch、1990年）。 ALPLには2つのプロモーターとそれに対応する2つの5′-非コード化エクソン、1aおよび1bがある。 これらの発現により、5′-非翻訳領域が異なる2種類のmRNAが生じる(Nosjean et al., 1997)。 骨芽細胞では上流のプロモーター（1a）から、肝臓や腎臓では下流のプロモーター（1b）から優先的に転写される（Millán, 2006）。

組織特異的ALP遺伝子はALPLより小さく、主にイントロンが短いことが原因であると考えられている。 そのcDNAから推定されるアミノ酸配列は、胎盤と腸のALPの間には87％の位置的同一性があるが、組織特異的ALPとTNSALPの間には50〜60％の同一性しかないことを示唆している (Harris, 1990)。 N-グリコシル化は触媒活性に必要である。 O-グリコシル化は肝臓ではなく骨のアイソフォームを特徴づける (Nosjean et al., 1997)。

2000年にヒト胎盤ALPの結晶構造が1.8Å分解能で明らかにされた (Le Due et al., 2000)。 TNSALPの活性部位は、自然界のALPで保存されているヌクレオチド配列に由来し（Henthorn and Whyte, 1992）、6つのエキソンを反映し、15アミノ酸残基からなる（Zurutuza et al, 1999）

ALP はZn++-金属酵素（McComb et al, 1979）である。 触媒活性は、各モノマーが1つの活性部位と3次構造を安定化する2つのZn++原子を有する同一のサブユニットの多量体構成を必要とする（Kim and Wycoff, 1991）。

ALPs は、循環において一般にホモダイマーと考えられる（McCombら, 1979）。 TNSALPは対称的な二量体として、その中心に10本のβシートを含む各サブユニットのαβトポロジーを持つ(Hoylaerts and Millán, 1991)。 しかし、組織内では、ALPは、おそらくホモ4量体として、細胞表面に繋留（後述）されている（Fedde et al. 触媒活性はMg++を補酵素として必要とする（McCombら、1979）。 PPiだけでなく、リン酸エステルも加水分解できる（Xuら、1991）。 この反応では、セリン残基がリン酸化-脱リン酸化される。 共有結合しているPiの解離が律速段階であると思われる。 実際、PiはALPの強力な競合阻害剤である (McComb et al., 1979; Kim and Wyckoff, 1991; Coburn et al., 1998)。 しかし、Piが酵素を安定化させるということも考えられる（Farley, 1991）。

高等生物におけるALPの生合成については、不明な点が残っている。 ヒトALPアイソザイムの遺伝子配列から、新生ポリペプチドは17-21アミノ酸残基の短いシグナル配列（Harris, 1990）とカルボキシル末端の疎水性ドメイン（Weiss et al, 1988b）を持っていることが示されている。 ALPの細胞内分解にはプロテアソームが関与しうる（Caiら、1998）。 しかしながら、これらのALPはホスファチジルイノシトール-糖鎖部分の極性頭部基に繋がれて細胞膜の外表面に結合し (Whyte et al., 1988; Whyte, 1994) 、ホスファチジルイノシトール特異的ホスホリパーゼによって放出される (Fedde et al., 1988)。 しかし、ホスファチジルイノシトールとの正確な相互作用はALPアイソザイムによって異なる可能性がある（Seetharam et al. しかし、細胞表面からALPが放出される機構は分かっていない。 このプロセスには、CまたはDタイプのホスファチダーゼ、洗剤作用、タンパク質分解、膜分画、または脂肪分解が関与していると考えられる (Alpers et al., 1990)。

健康な男性と女性では、血清または血漿中のほぼすべてのALP活性は、TNSALPの骨および肝臓アイソフォームがほぼ等量由来している (Millán et al., 1980)。 乳児と小児、特に新生児と青年は、骨アイソフォームの血中濃度が高い（McCombら、1979年）。 B型およびO型の血液型で「分泌型」の人の中には、脂肪分の多い食事を摂取した後、循環中の少量の腸管ALPを増加させる人がいます (Langman et al., 1966; McComb et al., 1979)。 しかし、一般に、腸管 ALP は血清総 ALP 活性の数％（最大 20％）にしか寄与しない（McComb ら、1979；Mulivor ら、1985）。 胎盤ALPは通常、妊娠の最後の3ヶ月間のみ発現し、循環している（Birkettら、1966）。 しかし、様々な癌が胎盤または生殖細胞（「胎盤様」）ALPを血流に放出する（Millán, 1988）。 循環血中のALPの除去は、他の多くの糖タンパク質と同様に、おそらく肝臓での取り込みと分解が関与している（Youngら、1984）

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