ペルオキシゾームのプリン分解酵素群の動物進化に伴う脱落機構

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10680620
• 研究機関: 九州歯科大学
• 研究代表者: 野口 知雄 九州歯科大学, 歯学部, 教授 (30073688)
• 研究分担者: 増田 渉 九州歯科大学, 歯学部, 助手 (80295865) ; 林 寿恵子 九州歯科大学, 歯学部, 講師 (30047807) ; 藤原 智子 九州歯科大学, 歯学部, 助教授 (20047806)
• キーワード: 動物進化 / プリンの分解 / 尿酸の分解 / アラントイナーゼ / アラントイカーゼ / ウレイドグリコレート リアーゼ / ペルオキシゾーム / カエル アラントイナーゼcDNA

研究概要

プリン分解の最終産物は動物種により異なり、ヒト上科、新世界のサルでは尿酸、その他の霊長類や哺乳類ではアラントイン、魚類、両生類では尿素、さらに下等になるとアンモニアである。このように動物のプリン分解は高等なほど不完全であり、進化の過程で尿素以降の分解酵素群が脱落している。Allantoinase(ALN)とAllantoicase(ALC)は魚類では別個の酵素であるが、両生類になると両酵素は複合体を形成する様になり、さらに進化すると脱落する事を報告した。ALN-ALC複合体(ALNC)形成と脱落の機構を明らかにするための研究を行い、以下の実績を得た。
1.両生類ALNC複合体の内、ALNサブユニットの遺伝子解析を行った。抗カエルALN抗体を用いて、カエル肝臓λgt11cDNAライブラリーをスクリーニングして単一クローンを得、塩基配列を決定した。
2.ALN,ALCが異種蛋白として存在する魚類の酵素は、生棲域によりその細胞内存在様式を異にしている。淡水産、汽水域に生棲する魚類ではペルオキシソームとミトコンドリアの両オルガネラにAGT(Alanine:glyoxylate transaminase)が存在すること、海棲魚には活性が検出されなかった。これらの分布は食性とは関係なく塩分濃度のような環境要因が関与している。また、魚類ではプリン分解の最終産物は尿素とグリオキシル酸であるが、このグリオキシル酸はAGTによりグリシンに変換されプリン炭素に再利用される。
3.ラット肝に哺乳類には存在しないと思われていたUreidoglycollate lyaseが存在すること、Kmの濃度を高める事によって,動物が高等なほど酵素活性を失っていく。
4.両生類の牛ガエルの肝臓にALNCとは異なるALN活性のみを示すfreeのALNが存在することを明らかにした。本酵素は酵素学的、免疫学的性質から魚類ALNと両生類ALNCの中間型であることが示唆された。
5.海棲のイワシ、汽水域のボラ、淡水のフナの肝臓よりALN及びALCを精製し、一部のアミノ酸配列より、プライマーを設計した。mRNAのRT-PCR反応により合成したcDNAを用いて、full-lengthを決定した。生息環境の異なる、各種魚類のALN,ALCの配列により、ペルオキシソームへの移行シグナル及び局在化シグナルを解析し、複合体ALNCを構成する両生類の酵素のサブユニットALNと比較した。

研究成果

• [文献書誌] Masuda,W.: "ADP-ribosyl cyclase in rat salivary glands"Biochem,Biophys,Res.Commun.. (in press). (2000)
• [文献書誌] Hayashi,S.: "Evolution of Urate-degrading Enzyme in animal Peroxisome"Cell Bioehem.Biophys.Int Sympo/CREST research conference Peroxisome : Biogenesis,Function and Disease. (in press). (2000)
• [文献書誌] Sakuraba,H.: "Metabolism of glyoxylate,the end product of purine degradation,in liver peroxisomes of fresh water fish"Biochem,Biophys,Res.Commun.. 229. 603-606 (1996)
• [文献書誌] Fujiwara,S.: "Degradation of purines; only ureidoglycollate lyase out of four allantoin degrading enzymes is present in mammals"Biochem.J.. 312. 315-318 (1995)
• [文献書誌] Hayashi,S.: "Amphibian allantoinase; Molecular cloning,tissue distribution,and functional expression"J.Biol.Chem.. 269. 12269-12276 (1994)
• [文献書誌] Usuda,N.: "Uric acid degradin enzymes,urate oxidase and allantoinase are associated with defferent subcellular organelles in frog liver & kidney"J.cell Sci.. 107. 1073-1081 (1994)
• [文献書誌] T.Noguchi: "Comparative Biochemistry of animal Peroxisomes"Research Signpost. 28 (1997)
• [文献書誌] J.K.REDDY,et al.: "PEROXISOMES : Biology and Role in Toxicology and Disease"Annals of THE NEW YORK ACADEMY OF SCIENCES/vol.804. 801 (1996)