ケーヒルサイクル – 日本語百科事典辞書

Cahill_cycle
アラニンサイクルまたはグルコース-アラニンサイクルとしても知られるケイヒルサイクルは、筋肉からのアミノ基と炭素が肝臓に輸送される一連の反応です。これは、骨格筋と肝臓の間の栄養素の循環におけるコリサイクルに非常に似ています。エネルギーの必要性のために筋肉がアミノ酸を分解すると、結果として生じる窒素がアミノ基転移されてピルビン酸になり、アラニンが形成されます。これは、L-グルタミン酸とピルビン酸をα-ケトグルタル酸とL-アラニンに変換する酵素アラニントランスアミナーゼ（ALT）によって行われます。得られた L-アラニンは肝臓に運ばれ、そこで窒素が尿素サイクルに入り、ピルビン酸がグルコースの生成に使用されます。
アラニンサイクルとコリサイクル
アラニンからのエネルギー生産の副産物が尿素の生産であるため、Cahill サイクルは乳酸を使用する Cori サイクルよりも生産性が低くなります。尿素の除去はエネルギーに依存し、4 つの「高エネルギー」リン酸結合 (3 つのATPが 2 つのADPと 1 つのAMPに加水分解される) を必要とするため、生成される正味の ATP はコリ回路で見られる量よりも少なくなります。ただし、コリ回路とは異なり、乳酸が形成されないため、NADHは保存されます。これにより、電子伝達系を介して酸化することができます。
研究により、肝臓関連疾患および癌の新しい治療法の開発における Cahill サイクルの臨床的関連性が実証されています。

コンテンツ
1 反応
2 関数
3 参考文献
4 外部リンク

反応
骨格筋は尿素サイクルを利用して、分岐鎖アミノ酸の分解で生成されたアンモニウムイオンを安全に処分することができないため、別の方法でそれを取り除く必要があります. そうするために、アンモニウムは細胞内のアミノ基転移反応を介して遊離のα-ケトグルタル酸と結合し、グルタミン酸とα-ケト酸を生成します。グルタミン酸-ピルビン酸トランスアミナーゼ (GPT) としても知られるアラニンアミノトランスアミナーゼ (ALT) は、グルタミン酸をα-ケトグルタル酸に戻し、今度は解糖によってアンモニウムをピルビン酸に変換し、遊離アラニンを形成します。アラニンアミノ酸はシャトルとして機能します – それは細胞を離れ、血流に入り、肝臓の肝細胞に移動し、そこで本質的にこのプロセス全体が逆になります. アラニンは、遊離のα-ケトグルタル酸とアミノ基転移反応を起こし、グルタミン酸を生成します。グルタミン酸は脱アミノ化されてピルビン酸を形成し、最終的に遊離のアンモニウムイオンになります。肝細胞は、尿素サイクルによって有毒なアンモニウムを代謝することができるため、安全に廃棄することができます。筋細胞からアンモニウムイオンをうまく取り除くと、サイクルはエネルギーを奪われた骨格筋細胞にブドウ糖を供給します。肝細胞内のグルタミン酸の脱アミノ化から形成されたピルビン酸は、糖新生を受けてグルコースを形成し、その後血流に入り、骨格筋組織にシャトルされ、必要なエネルギー源を提供します.
Cahill サイクルには、筋肉、肝臓、腸などの組織に限定されているアラニンアミノトランスフェラーゼ (アラニントランスアミナーゼ、ALT) の存在が必要です。したがって、この経路は、アミノトランスフェラーゼが存在する場合、アンモニアを肝臓に移動する必要がある場合、および体が異化作用 (筋肉の分解) の状態にある場合にのみ、コリ回路の代わりに使用されます。

関数
ケーヒル回路は最終的に、筋肉組織から有毒なアンモニウムイオンを除去する方法として機能するだけでなく、エネルギー不足の筋肉組織にグルコースを間接的に提供する. 長期間の絶食下では、グリコーゲンの分解から生成されるグルコースを補うためのエネルギー源として使用するために、骨格筋が分解される可能性があります. 分岐鎖アミノ酸の分解により、エネルギー目的で利用される炭素骨格と、遊離アンモニウムイオンが生成されます。ただし、哺乳類以外の陸上脊椎動物におけるその存在と生理学的意義は不明です。たとえば、一部の魚はアラニンを窒素キャリアとして使用しますが、グルコース代謝回転速度が遅く、運動中の筋肉組織からのアラニンの放出が少ないため、このサイクルは起こりそうにありません.
アラニン回路は、骨格筋や肝臓での炭素骨格のリサイクルや、アンモニウムの肝臓への輸送や尿素への変換への関与など、他の目的にも役立ちます。
研究は、グルコース-アラニンサイクルが肝臓 (肝臓) のミトコンドリアの酸化の調節に直接的な役割を果たしている可能性があることを実証しています。肝臓のミトコンドリアの酸化は、 ATP の生成のためのクエン酸回路と酸化的リン酸化を含む、グルコースと脂肪酸の代謝における重要なプロセスです。非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)、非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)、および2 型糖尿病などの疾患の媒介におけるその機能により、肝臓のミトコンドリアの酸化に影響を与える要因を理解することは非常に興味深いものです。現在活発に研究が行われている分野では、肝臓のミトコンドリア酸化の調節的役割を利用して、そのような疾患の標的および非標的治療の両方を開発しようとしています。グルコース-アラニンサイクルは、これらの重要な要因の 1 つかもしれません。げっ歯類とヒトの両方で実施された研究では、60 時間の絶食期間中のアラニン代謝回転の減少は、12 時間の夜間断食を受けた被験者と比較して、肝臓のミトコンドリア酸化の顕著な減少と相関することが示されました。酸化活性の速度は、主に、ミトコンドリアの酸化プロセスにおける重要な酵素であるクエン酸合成酵素フラックス (V CS )の速度を監視することによって定量化されました。グルコース – アラニンサイクルが観察された効果と因果関係を持っているかどうかを確認するために、同じ絶食状態に置かれた患者の二次グループに、L-アラニンの用量を注射した. 注入後、60 時間絶食した患者は肝臓のミトコンドリア酸化の著しい増加を示し、関係が確認されました。
グルコース – アラニンサイクルはまた、腫瘍学的（がん）病因において重要な臨床的関連性がある可能性が最近の研究では、肝細胞癌(HCC)の代謝再プログラミングにおけるグルコース – アラニンサイクルの役割が調査されました。 HCC は肝がんの最も一般的な形態であり、世界中でがん関連死の 3 番目に多い原因です。現在利用可能な治療法 (手術、放射線療法、化学療法) は一般に、重度の副作用および/または HCC の成功率が低いため、代替治療オプションの探索は依然として収益性の高い研究分野です。多くの新しい代替治療および/または補足治療に共通する特徴の 1 つは、急速な成長と増殖を促進する一般的な代謝亢進状態による、がん細胞の細胞代謝の標的化です。健康な細胞よりもはるかに速い速度でグルコースを消費することに関連して、癌細胞は、熱心な栄養ニーズを満たすためにアミノ酸代謝に大きく依存しています. この研究に関与した研究者は、グルコース – アラニンサイクルを介して処理される外因性アラニンが、栄養欠乏環境におけるHCC細胞の代替エネルギー源の1つであり、この依存性が標的療法に利用できると推測した. これを実験的に実証するために、HCC 細胞を in vitro で栄養の乏しい培地で培養し、アラニンを供給しました。アラニンの供給は、これらの条件下で HCC 細胞の増殖を促進するのに十分でした。これは、代謝の再プログラミングと呼ばれる現象です。次に、彼らは一連の過剰発現と機能喪失実験を行い、具体的にはグルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼ 1 (GPT1) が HCC 細胞のアラニン代謝回転に主に関与する GPT 異性体であることを決定しました。肝臓に見られます。彼らは、代謝的に再プログラムされたHCC細胞を、GPT1の天然に存在する阻害剤であるベルベリンで処理することから始めました。観察された影響は、ATP 産生を抑制し、続いてアラニンが供給された癌細胞の増殖を抑制することでした。彼らの研究は、グルコース-アラニンサイクルの構成要素、特に GPT1 が代替の HCC 治療の標的として適切な選択である可能性があること、および植物由来の選択的 GPT1 阻害剤としてのベルベリンが、これらの新薬。がん細胞の代替燃料としてのアラニンの概念は、膵臓がん細胞で行われた他の研究でも同様に実証されました.

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外部リンク
Colorado.edu の図
indstate.eduで