O-GlcNAcと細胞機能
	核および細胞質内に存在する種々のタンパク質には，セリンあるいはスレオニン残基の水酸基の酸素に，アセチルグルコサミン（GlcNAc）が１分子結合したO-GlcNAc（O-結合型アセチルグルコサミン）とよばれる糖が存在する(図1)。O-GlcNAcは、すべての真核生物に存在する。このO-GlcNAcは翻訳後修飾によるタンパク質の機能制御機構の一つであり、シグナル伝達の重要な調節因子でもある(1)。O-GlcNAcの修飾は、リン酸化と同じ部位またはその近傍で起こる。例えば、RNA polymerase ではC末領域、c-mycではリンパ腫における突然変異のホットスポットThr58、エストロゲン受容体ではSer16が修飾されるが、これらの部位はリン酸化も受ける。O-GlcNAcの半減期は、タンパク質の半減期より短く、さらにO-GlcNAcによる修飾はある種の刺激 (TPAやokadaic acidなど) により、ダイナミックに変化する。これらのことから、O-GlcNAcは一過性にリン酸化を抑制すると考えられている。これまで、O-GlcNAc修飾部位の明確なコンセンサス配列は見出されておらず、またリン酸化と異なり、チロシンへのO-GlcNAcによる修飾は見出されていない。
図1 ペプチドへのO-GlcNAcの修飾。図は典型的なO-GlcNAc修飾部位を示すが、コンセンサス配列は見出されていない。
	成熟ラット膵臓でO-GlcNAcの発現を免疫組織化学的に解析すると、O-GlcNAcはランゲルハンス島の内分泌細胞の核と細胞質に見い出され、とりわけ核に多量に存在した(2)。現在まで、核および細胞質に存在するO-GlcNAcをもつタンパク質が多数同定されている。主なものとしては、転写因子、核膜孔タンパク質、ガン遺伝子産物、ガン抑制因子、細胞骨格タンパク質である。これらのタンパク質に共通していることは、?リン酸化タンパク質であること、?他のタンパク質と可逆的に複合体を形成するという、２点である。これらのことから、O-GlcNAc 修飾はタンパク質のリン酸化を調節することによってシグナル伝達に関与し，タンパク質の会合やその安定化に寄与すると考えられている。 O-GlcNAcの修飾（付加と除去）に関与する酵素が、精製されクローニングされている(3, 4)。O-GlcNAc転移酵素（UDP-GlcNAc:polypeptide O-acetylglucosaminyltransferase）は、タンパク質のセリン残基あるいはスレオニン残基に，UDP-GlcNAcからアセチルグルコサミンをO-グリコシド結合で転移する（図 2）。このO-GlcNAc転移酵素は、それ自身がO-GlcNAcの修飾とリン酸化の修飾を受けている。また１１個のtetratricopeptide repeat (TPR) 配列を有し、このTPR領域を介して他のタンパク質と相互作用する。最近、我々は酵母two hybrid法によりO-GlcNAc転移酵素と相互作用するタンパク質としてGABAA受容体関連タンパク質 (GRIF-1) とOIP106とを同定した(5)。O-GlcNAc転移酵素はヒトではすべての組織に存在するが、特に脳と膵臓に多量に存在する。O-GlcNAc転移酵素を欠損したマウスES細胞は死ぬことから、この修飾が細胞の機能維持に極めて重要であることが考えられる。一方、O-GlcNAcはO-GlcNAc 特異的アセチルグルコサミニダーゼ(O-GlcNAcase)により除去される（図 2）。O-GlcNAcaseはリソゾームにある酸性のhexosaminidaseとは異なり、中性で作用する。これらのO-GlcNAc転移酵素とO-GlcNAcaseによるO-GlcNAcの修飾は、kinaseとphosphataseによるリン酸化と脱リン酸化の関係と一致する（図 2）。 今日では、O-GlcNAcの修飾の異常が、糖尿病，癌､アルツハイマー病などの疾患と密接に関連していることが明らかにされつつある(1, 6-9)。種々の組織で、O-GlcNAcが担う細胞機能の詳細な解明が待たれる。
図 2 タンパク質のリン酸化とO-GlcNAc修飾との相互関係． O-GlcNAc : O-結合型アセチルグルコサミン． O-GlcNAcase : O-GlcNAc特異的アセチルグルコサミニダｰゼ．
	秋元　義弘（杏林大学医学部　解剖学第２講座）
	References (1) Wells L, Vosseller K, Hart GW (2001) Glycosylation of nucleocytoplasmic proteins: Signal transduction and O-GlcNAc. Science 291:2376-2378. (2) Akimoto Y, Kreppel LK, Hirano H, Hart GW (1999) Localization of the O-GlcNAc transferase in rat pancreas. Diabetes 48: 2407-2413. (3) Kreppel LK, Blomberg MA, Hart GW. (1997) Dynamic glycosylation of nuclear and cytosolic proteins. Cloning and characterization of a unique O-GlcNAc transferase with multiple tetratricopeptide repeats. J Biol Chem 272: 9308-9315. (4) Gao Y, Wells L, Comer FI, Parker GJ, Hart GW (2001) Dynamic O-glycosylation of nuclear and cytosolic proteins: cloning and characterization of a neutral, cytosolic beta-N-acetylglucosaminidase from human brain. J Biol Chem 276: 9838-9845. (5) Iyer SP, Akimoto Y, Hart GW (2003) Identification and cloning of a novel family of coiled-coil domain proteins that interact with O-GlcNAc transferase. J Biol Chem 278: 5399-5409. (6) Akimoto Y, Kreppel LK, Hirano H, Hart GW (2000) Increased O-GlcNAc transferase in pancreas of rats with streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia 43:1239-1247. (7) Akimoto Y, Kreppel LK, Hirano H, Hart GW (2001) Hyperglycemia and the O-GlcNAc transferase in rat aortic smooth muscle cells: elevated expression and altered patterns of O-GlcNAcylation. Arch Biochem Biophys 389:166-175. (8) Brownlee M (2001) Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature 414: 813-820. (9) Vosseller K, Wells L, Lane MD, Hart GW (2002) Elevated nucleocytoplasmic glycosylation by O-GlcNAc results in insulin resistance associated with defects in Akt activation in 3T3-L1 adipocytes. Proc Natl Acad Sci USA 99:5313-5318.
2003年 1月22日