C-5_sterol_desaturase
C-5ステロールデサチュラーゼ（ステロールC-5デサチュラーゼおよびC5SDとしても知られています）は、真核生物間で高度に保存されている酵素であり、生合成のステップとしてステロール中間化合物のC-5（6）結合の脱水素化を触媒します主要なステロールの。酵素の基質の正確な構造は種によって異なります。例えば、（としても知られているヒトC-5ステロールデサチュラーゼラトステロールオキシダーゼは）酸化lathosterol、一方そのオーソログERG3酵母におけるサッカロマイセス・セレビシエ（Saccharomyces cerevisiae）が酸化episterol。
C-5ステロールデサチュラーゼ基質の正確な構造の詳細は真核生物によって異なります。反応スキームの下に示されているのは、生合成経路とそれらが見られる種とともに、3つの可能な遠位グループです。
コンテンツ
1 機構
2 生物学的役割
2.1 細胞内局在
3 臨床的関連性
3.1 抗真菌剤耐性 3.2 ラトステロロシス
4 潜在的なアプリケーション
5 参考文献
機構
C-5ステロールデサチュラーゼは、ステロールの酸化をNAD（P）Hの酸化および分子状酸素の還元に結び付けます。 NADHまたはNADPHのいずれかを使用できます。モデル植物種では、シロイヌナズナC-5ステロールデサチュラーゼはNADHとの反応を2倍速く触媒しますが、出芽酵母では酵素の優先度はほとんどありません。 反応の正確な詳細は、哺乳類と酵母の間で異なると考えられてきました。しかし、酵素はヒスチジン残基の保存されたクラスターを共有します。これは、変異すると（A. thalianaで）酵素活性を劇的に低下または排除し、メカニズムに配位した鉄カチオンが関与していることを示唆します。突然変異誘発研究は、A。thalianaのスレオニン114（ヒト、マウス、および酵母のセリン）が酵素-基質複合体の安定化に役立つ可能性があることを示唆しています。 Rahierは、鉄が配位した酸素が基質から水素を引き抜いてラジカル中間体を生成する反応メカニズムを提案しました。
生物学的役割
C-5ステロールデサチュラーゼは、主要なステロールの合成の中間段階を触媒します。特定の生合成経路は真核生物によって異なります。動物では、C5SDはラトステロールの7-デヒドロコレステロールへの脱水を触媒します。これはコレステロール合成のステップです。コレステロールは、ステロイドホルモンの前駆体として機能する膜流動性の調節を含む、細胞内で複数の役割を果たします。真菌では、C5SDは、細胞膜の流動性と透過性を調節するステロールであるエルゴステロールの合成のステップとして、エピステロールの脱水を触媒します。 シロイヌナズナなどの植物では、C-5ステロールデサチュラーゼは、ブラシノステロイドと呼ばれるホルモンのクラスだけでなく、さまざまな膜成分につながると考えられる経路でエピステロールとアベナステロールの脱水素化を触媒します。
細胞内局在
そのアミノ酸プロファイルに基づくと、C-5ステロールデサチュラーゼは4〜5個の膜貫通領域を持っているようであり、膜貫通タンパク質であることを示唆しています。はC5SD活性は、ラット酵素はに局在意味、ラット組織からのミクロソームにおいて実証されている小胞体 蛍光顕微鏡実験は、であることを示した繊毛虫 テトラヒメナ・サーモC5SDは、小胞体に局在とのそのS 。セレビシエC5SDは、小胞体との両方に局在する小胞。 において、シロイヌナズナC5SDが小胞体および脂質粒子の両方に位置しています。
臨床的関連性
抗真菌剤耐性
アゾールとして知られている一般的なクラスの抗真菌薬は、C-5ステロールデサチュラーゼの上流で真菌ステロール生合成経路を破壊し、無毒の14α-メチル化ステロールの蓄積をもたらします。次に、C5SDはこれらの中間体を有毒な生成物に変換します。その結果、病原菌カンジダアルビカンスとモデル生物S. cerevisiaeの両方で、C-5ステロールデサチュラーゼ（ERG3）をコードする遺伝子の変異により、細胞は有毒なステロール生成物の合成を回避でき、アゾール耐性を付与することが示されています。 少なくともフルコナゾールの場合、C5SDの不活性化による抗真菌剤耐性は、シャペロンタンパク質Hsp90およびホスファターゼカルシニューリンの活性に依存します。 しかしながら、ERG3の欠失だけでinvitroでC.albicansにフルコナゾール耐性を与える一方で、生きているマウスモデルでフルコナゾール耐性を与えるには不十分であるため、このアゾール耐性メカニズムの臨床的関連性は議論の余地が
ラトステロロシス
少なくとも1人の患者では、C-5ステロールデサチュラーゼ活性の欠損（ラトステロロシスと呼ばれる）は、複数の奇形、金属遅延、および肝疾患と関連していた。この患者はまた、健康な対照被験者の患者と比較した場合、細胞膜に低レベルの血中コレステロールと高レベルのラトステロールを持っていることがわかりました。これらの症状は、スミス-レムリ-オピッツ症候群などのコレステロール合成の他の欠陥の症状に似ています。
潜在的なアプリケーション
科学者たちは、キノキのエノキタケからのC-5ステロールデサチュラーゼで操作されたトマト植物が、改善された干ばつ耐性と真菌病原体耐性、ならびに鉄と多不飽和脂肪含有量の増加を示すことを発見しました。研究の著者は、作物の複数の側面を改善することは通常、時間と労力を要するため、真菌酵素が植物バイオテクノロジーにとって有用なツールである可能性があることを示唆しています。
参考文献
^ 、DのE 大隅隆。西野徳三; 荒木飛呂彦（1979）。「酵母のエルゴステロール生合成におけるデルタ5-不飽和化に関する研究」。生化学ジャーナル。85（3）：819–826。PMID 34600。
^ Kawata S、Trzaskos JM、Gaylor JL（1985）。「ラノステロールからのコレステロール生合成のミクロソーム酵素。ラット肝臓ミクロソームのデルタ7-ステロール5-デサチュラーゼの精製と特性評価」。Journal of BiologicalChemistry。260（11）：6609–6617。土井：10.1016 / S0021-9258（18）88825-1。PMID 3997841。
^ Choe Sunghwa; ノグチタカヒロ; 藤岡庄三; タカツトスグル; Tissier Christophe P; グレゴリーブライアンD; ロスアマンダS; 田中敦; 吉田茂雄; 税フランE; etal。（1999）。「シロイヌナズナのdwf7 / ste1変異体は、ブラシノステロイド生合成につながるデルタ7ステロールC-5不飽和化ステップに欠陥があります」。植物細胞。11（2）：207–221。土井：10.1105 /tpc.11.2.207。PMC 144158。PMID 9927639。
^ Taton Maryse; Husselstein Tania; ベンベニステピエール; Rahier Alain（2000）。「部位特異的変異誘発によって研究された組換えデルタ7-ステロール-C5（6）-デサチュラーゼによって触媒される反応における高度に保存された残基の役割」。生化学。39（4）：701–711。土井：10.1021 / bi991467t。PMID 10651635。
^ Rahier Alain（2001）。「野生型および変異型デルタ7-ステロール-C5（6）-デサチュラーゼの機構的プローブとしての重水素化デルタ7-コレステノール類似体」。生化学。40（1）：256–267。土井：10.1021 / bi001696b。PMID 11141078。
^ Risley John M（2002）。「コレステロール生合成：ラノステロールからコレステロールへ」。化学教育ジャーナル。79（3）：377 DOI：10.1021 / ed079p377。
^ 阿部文吉; 平木敏樹（2009）。「Saccharomycescerevisiaeの膜剛性とシクロヘキシミド耐性におけるエルゴステロールの機構的役割」。Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-生体膜。1788（3）：743–752。土井：10.1016 /j.bbamem.2008.12.002。PMID 19118519。
^ HartmannMarie-Andrée（1998）。「植物ステロールと膜環境」。植物科学の動向。3（5）：170–175。土井：10.1016 / S1360-1385（98）01233-3。
^ Brunetti-Pierri Nicola; コルソガエターノ; ロッシマッシミリアーノ; フェラーリパオラ; Balli Fiorella; リヴァジフランチェスコ; Annunziata Ida; バラビオアンドレア; ルッソアントニオデッロ; アンドリアジェネローゾ; etal。（2002）。「ラトステロローシス、ベータ-ヒドロキシステロイド-デルタ5-デサチュラーゼの欠乏による新しい多発性奇形/精神遅滞症候群」。人間遺伝学のアメリカジャーナル。71（4）：952–958。土井：10.1086 / 342668。PMC 378549。PMID 12189593。
^ Grinstead GF、Gaylor JL（1982）。「4、4、14アルファ-トリメチル-5アルファ-コレスタ-8、24-ジエン-3ベータ-オールからのコレステロールの全酵素的合成。デルタ7-ステロール5-デサチュラーゼの可溶化、分解、および再構成」。Journal of BiologicalChemistry。257（23）：13937–44。土井：10.1016 / S0021-9258（19）45323-4。PMID 6815183。
^ 石橋輝夫（2002）。「膜結合酵素の活性に関連する上清タンパク質：ラトステロール5-デサチュラーゼに関する研究」。生化学的および生物物理学的研究コミュニケーション。292（5）：1293–1298。土井：10.1006 /bbrc.2002.2012。PMID 11969231。
^ Natter Klaus; ライトナーピーター; ファシンガーアレクサンダー; ウォリンスキーヘイモ; マクレイススティーブン; フィールズスタンレー; コールウェインセプD（2005）。「大規模な緑色蛍光タンパク質のタグ付けと高解像度顕微鏡法に由来する酵母Saccharomycescerevisiaeにおける脂質合成の空間的構成」。分子および細胞プロテオミクス。4（5）：662–672。土井：10.1074 /mcp.M400123-MCP200。PMID 15716577。
^ Poklepovich Tomas J、Rinaldi Mauro A、Tomazic Mariela L、Favale Nicolas O、Turkewitz Aaron P、Nudel Clara B、Nusblat Alejandro D（2012）。「Tetrahymenathermophilaの小胞体からのチトクロームb5依存性C-5（6）ステロールデサチュラーゼDES5Aは、Saccharomycescerevisiaeのエルゴステロール生合成変異体を補完します」。ステロイド。77（13）：1313–1320。土井：10.1016 /j.steroids.2012.08.015。PMC 3501532。PMID 22982564。
^ シルヴェストロダニエル; Andersen Tonni Grube; Schaller Hubert; ジェンセンポールエリク（2013）。「植物ステロール代謝。デルタ7-ステロール-C5-デサチュラーゼ（STE1 / DWARF7）、デルタ5、7-ステロール-デルタ7-レダクターゼ（DWARF5）およびデルタ24-ステロール-デルタ24-レダクターゼ（DIMINUTO / DWARF1）は複数を示しますシロイヌナズナ（Heynh）L “の細胞内局在。PLOSONE。8（2）：e56429。土井：10.1371 /journal.pone.0056429。PMC 3568079。PMID 23409184。
^ Jackson Colin J、Lamb David C、Manning Nigel J、Kelly Diane E、Kelly Steven L（2003）。「CYP51阻害剤フルコナゾールに対する耐性を付与するSaccharomycescerevisiaeステロールC5-デサチュラーゼの変異」。生化学的および生物物理学的研究コミュニケーション。309（4）：999–1004。土井：10.1016 /j.bbrc.2003.08.098。PMID 13679073。
^ Vale-Silva LA、Coste AT、Ischer F、Parker JE、Kelly SL、Pinto E、Sanglard D（2012）。「カンジダ・アルビカンスのステロールデルタ5、6-デサチュラーゼ遺伝子（ERG3）の機能喪失によるアゾール耐性は、必ずしも病原性を低下させるわけではありません」。抗菌剤と化学療法。56（4）：1960–1968。土井：10.1128 /AAC.05720-11。PMC 3318373。PMID 22252807。
^ カウエン、リアE ; リンドクイスト、スーザン（2005）。「Hsp90は新しい形質の急速な進化を強化します：多様な真菌の薬剤耐性」。科学。309（5744）：2185–2189。土井：10.1126 /science.1118370。PMID 16195452。S2CID 52847795。
^ カウエン、リアE; カーペンター、アンE; Matangkasombut、Oranart; フィンク、ジェラルドR; リンドクイスト、スーザン（2006）。「Hsp90依存性薬剤耐性の遺伝的構造」。真核細胞。5（12）：2184–2188。土井：10.1128 /EC.00274-06。PMC 1694807。PMID 17056742。
^ 宮崎大河; 宮崎義嗣; 泉川浩一; 掛谷ヒロシ; 宮越俊一; ベネットジョンE; 河野茂（2006）。「フルコナゾール処置はに対して有効であるカンジダ・アルビカンスERG3 / ERG3変異体のin vivoにもかかわらず、インビトロでの抵抗」。抗菌剤と化学療法。50（2）：580–586。土井：10.1128 /AAC.50.2.580-586.2006。PMC 1366932。PMID 16436713。
^ Krakowiak Patrycja A; ワシフクリストファーA; クラッツリサ; コズマダイアナ; Kovarova Martina; ハリスジニー; グリンバーグアレクサンダー; ヤン・インジ; Hunter Alasdair GW; Tsokos Maria; etal。（2003）。「ラトステロール症：ラトステロール5-デサチュラーゼ欠損症によるヒトおよびマウスのコレステロール合成の先天性エラー」。人間の分子遺伝学。12（13）：1631–1641。土井：10.1093 / hmg / ddg172。PMID 12812989。
^ カムサンアユシ; カムサンモハン; アザムモハマド; Chakraborty Niranjan; Chakraborty Subhra; ダッタアシス（2012）。「真菌ステロールデサチュラーゼの発現は、トマトの干ばつ耐性、病原菌耐性、および栄養価を改善します」。ScientificReports。2：951 DOI：10.1038 / srep00951。PMC 3517979。PMID 23230516。