Frontiers in Molecular Biosciences

BY admin

| 10月 3, 2021

他のタンパク源性アミノ酸と同様に芳香族アミノ酸はタンパク質の構成単位で、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシンなどが含まれます。すべての植物と微生物は、タンパク質を作るために自分自身で芳香族アミノ酸を合成している（Braus, 1991; Tzin and Galili, 2010）。しかし、動物は芳香族アミノ酸を合成するためのこれらの高価な代謝経路を失ってしまったため、代わりに食事からアミノ酸を摂取しなければならない。除草剤は、芳香族アミノ酸の合成に関与する酵素を阻害することにより、植物には毒性を示すが、動物には毒性を示さない（Healy-Friedら、2007）。

動物およびヒトにおいて、芳香族アミノ酸は、通常の生体機能の維持に必須の多くの生物学的／神経学的活性化合物の合成のための前駆体として機能する。チロシンは、動物やヒトにとって神経伝達物質やホルモンとして機能することで基本となるドーパ、ドーパミン、オクトパミン、ノルエピネフリン、エピネフリンなどの生合成の初期前駆体である（Vavricka et al.）また、チロシンはヒトや動物を含むほとんどの生物でメラニン合成の前駆体であり、特に昆虫では身を守るために重要である（Whitten and Coates, 2017）。トリプトファンは、トリプタミン、セロトニン、オーキシン、キヌレニン、メラトニンの生合成の初期前駆体である（Hardeland and Poeggeler, 2003; Mukherjee and Maitra, 2015）。トリプトファン-キヌレニン経路に沿って生成されるキヌレニン酸は、興奮性アミノ酸受容体においてアンタゴニストであり、興奮性神経伝達物質による過剰刺激から神経細胞を保護する役割を果たす（Han et al.、2008）。芳香族アミノ酸の代謝に関わる多くの酵素は、神経変性疾患、統合失調症、癌などの疾患の創薬標的となっている（Stone and Darlington, 2013; Selvan et al., 2016）＜6450＞＜8771＞また、芳香族アミノ酸のデノボ合成の酵素装置を有しない動物やヒトはこれらの一次代謝物を食事から摂取しなければならないため、ヒトおよびすべての動物の健康には宿主動物と定着微生物相の双方による芳香族アミノ酸代謝が重要であるとされている。これらの微生物と宿主の界面における代謝物の配列の中に、必須芳香族アミノ酸であるトリプトファンがある（Agus et al., 2018）

私たちの研究テーマの論文で取り上げられている芳香族アミノ酸代謝に関する最新の情報に、私たちは喜びを感じています。全体として、このトピックに寄せられた論文は “Aromatic Amino Acid Metabolism” は、原著論文と総説を含み、芳香族アミノ酸代謝に関する最新の情報を提供し、植物と微生物におけるその合成と異化、動物とヒトにおける代謝酵素、代謝に関わる酵素の構造と機能の関係などを取り上げています。

このトピックに含まれるParthasarathyらのレビューでは、植物と微生物における芳香族アミノ酸の生合成経路、植物における異化、動物におけるモノアミン経路とキヌレニン経路による分解、動物関連微生物における3-アリール酸経路とキヌレニン経路の異化について述べている。 L-チロシンは、植物および微生物において、TyrAファミリー酵素、プレフェネート、またはアロジェネートデヒドロゲナーゼを介した2つの経路でデノボ合成される芳香族アミノ酸で、それぞれ微生物および植物に典型的に見いだされるものです。 Schenckらの研究論文では、植物のTyrAsに近縁な細菌のホモログも、植物の酵素と同様に222位に酸性残基を持ち、アロジェネートデヒドロゲナーゼ活性を持つことが明らかにされ、植物と微生物の両方でアロジェネート特異的TyrAaの進化の過程で保存された分子メカニズムが作用したことが示唆されている。トリプトファンも芳香族アミノ酸の一つであり、動物やヒトのトリプトファン異化作用の初期段階において、トリプトファン2,3-ジオキシゲナーゼやインドールアミン2,3ジオキシゲナーゼによって酸化されることがある。この2つの酵素は同じ反応を触媒するが、触媒活性を持つ3元系酵素-基質-リガンド複合体の組み立ては、まだ完全に解明されていない。 Nienhausらは、トリプトファン2,3-ジオキシゲナーゼとインドールアミン2,3ジオキシゲナーゼにおける三元複合体形成に関する現在の知見をまとめ、これらの知見と活性部位の構造特異性との関連性を指摘した。芳香族アミノ酸もフェニルアラニン、チロシン、トリプトファン水酸化酵素によって酸化され、芳香族アミノ酸脱炭酸酵素によって脱炭酸され、芳香族モノアミンが形成されることがある。アリールアルキルアミンN-アシルトランスフェラーゼによる芳香族モノアミンのN-アシル化は、ほとんどがセロトニンをアセチル化してメラトニンの形成における前駆体であるN-アセチルセロトニンを形成することに関連している（Hardeland and Poeggeler, 2003; Mukherjee and Maitra, 2015）。昆虫は芳香族アミノ酸代謝を制御するために、より多くのアリールアルキルアミンN-アシルトランスフェラーゼを発現している（Hiragaki et al, 2015）。例えば、イエネコでは13の推定アリールアルキルアミンN-アシル転移酵素が同定されており（Han et al., 2012）、ショウジョウバエでは8つの推定アリールアルキルアミンN-アシル転移酵素が同定されている（Amherd et al., 2000; Dempsey et al., 2014）。 O’Flynnらは、芳香族アミノ酸のN-アシル化誘導体に関する現在のメタボローム知識、アリールアルキルアミンN-アシルトランスフェラーゼの現在の機構的理解を強調し、アリールアルキルアミンN-アシルトランスフェラーゼが、昆虫における光周性と他のリズムプロセスを制御する昆虫「ライムザイム」として機能している可能性を探りました。

芳香族アミノ酸代謝には、脱炭酸酵素、アミノ基転移酵素、芳香族フェニルアセトアルデヒド合成酵素など、ピリドキサール5′-リン酸依存性の酵素も関与している。本特集の最後の総説では、Liangらがピリドキサール5′-リン酸依存性酵素に関する最新の知識を提供し、反応機構に寄与する構造要因、特に反応特異性を規定するのに重要な活性部位残基を要約している。

資金提供

資金は中国国家自然科学基金（助成番号31860702）より提供されました。

利益相反声明

著者は、本研究が、潜在的利益相反と解釈できるいかなる商業または金融関係からも解放されて行われたと宣言します

Agus, A…, Planchais, J., and Sokol, H. (2018). 健康および疾患におけるトリプトファン代謝の腸内細菌叢制御。 Cell Host Microbe 23, 716-724. doi: 10.1016/j.chom.2018.05.003