メタロプロテイナーゼ：特性、機能、種類 - 生物学 - 2025

メタロプロテアーゼまたはメタロプロテアーゼが低下タンパク質および活性を有すること金属原子の存在を必要とする酵素です。細胞によって実行されるすべての活動の実行アームは酵素です。

多くのタンパク質が構造的役割を果たしていますが、ほとんどではないにしても、多くのタンパク質が何らかの触媒活性を示しています。これらの酵素のグループは、他のタンパク質の分解を担っています。

金属タンパク質MMP2の構造。Wikimedia CommonsのEmwから取得および編集されました。

これらの酵素をまとめて、プロテイナーゼまたはプロテアーゼと呼びます。金属原子が活性であることを必要とするプロテアーゼのグループは、メタロプロテイナーゼと呼ばれます。

特徴

プロテアーゼは一般に、細胞内で重要かつ多数のグループのタスクを実行します。すべての中で最もグローバルなタスクは、細胞内に存在するタンパク質の代謝回転を可能にすることです。

つまり、古いタンパク質を取り除き、新しいタンパク質で置き換えることができます。新しいタンパク質は、翻訳プロセス中にリボソーム上でデノボ合成されます。

特に、メタロプロテイナーゼの最も重要な役割は、細胞の挙動を調節することです。これは、転写レギュレーター、応答メディエーター、受容体、構造膜タンパク質、内部オルガネラなどの存在と存在時間を制御することにより、この特定のプロテアーゼグループによって達成されます。

分解のモードに応じて、メタロプロテイナーゼを含むプロテアーゼは、エンドプロテアーゼ（メタロエンドプロテアーゼ）またはエキソプロテアーゼ（メタロエキソプロテアーゼ）に分類されます。

前者は、タンパク質の一端（すなわち、アミノまたはカルボキシル）からタンパク質を分解します。一方、エンドプロテアーゼは、タンパク質の内部を特定の特異性を持って切断します。

メタロプロテイナーゼの一般的な特徴

メタロプロテイナーゼは、おそらく存在する6つのプロテアーゼの中で最も多様なグループです。プロテアーゼは、その触媒メカニズムに従って分類されます。これらのグループは、システイン、セリン、スレオニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、およびメタロプロテイナーゼのプロテアーゼです。

すべてのメタロプロテイナーゼは、触媒作用による切断を行うために金属原子を必要とします。メタロプロテイナーゼに含まれる金属は主に亜鉛を含みますが、他のメタロプロテイナーゼはコバルトを使用しています。

その機能を実行するために、金属原子はタンパク質に配位的に錯体を形成する必要があります。これは、4つの窓口を通じて行われます。

それらの3つは、ヒスチジン、リジン、アルギニン、グルタミン酸、またはアスパラギン酸の帯電したアミノ酸の1つを使用します。4番目の配位点は水分子によって作られています。

分類

国際生化学分子生物学連合は、酵素の分類システムを確立しています。このシステムでは、酵素はECという文字と4つの数字のコーディングシステムで識別されます。

最初の数字は、その作用メカニズムに従って酵素を識別し、それらを6つの大きなクラスに分類します。2番目の数字は、それらが作用する基質に従ってそれらを分離します。他の2つの数値は、さらに特定の除算を実行します。

メタロプロテイナーゼは加水分解反応を触媒するため、この分類システムによれば、それらはEC4の番号で識別されます。さらに、それらはサブクラス4に属し、ペプチド結合に作用するすべてのヒドロラーゼを収容します。

メタロプロテイナーゼは、他のプロテイナーゼと同様に、攻撃するポリペプチド鎖の場所によって分類できます。

-メタロプロテイナーゼエキソペプチダーゼ

それらは、ポリペプチド鎖の末端アミノ酸のペプチド結合に作用する。ここには、2つの触媒金属イオンと一部の単一金属イオンを持つすべてのメタロプロテイナーゼが含まれます。

-メタロプロテイナーゼエンドペプチダーゼ

それらは、ポリペプチド鎖内の任意のペプチド結合に作用して、2つの低分子量ポリペプチド分子をもたらします。

単一の触媒金属イオンを持つメタロプロテイナーゼの多くはこのように作用します。これには、マトリックスメタロプロテイナーゼとADAMタンパク質が含まれます。

マトリックスメタロプロテイナーゼ（MMP）

それらは、細胞外マトリックスのいくつかの成分に触媒作用を及ぼすことができる酵素です。細胞外マトリックスは、組織の一部であり、細胞の外側にあるすべての物質と材料のセットです。

それらは生理学的プロセスに存在する酵素の大きなグループであり、多くの組織の形態学的および機能的変化に参加しています。

たとえば、骨格筋では、それらは筋肉組織の形成、再構築、および再生に非常に重要な役割を果たします。また、細胞外マトリックスに存在するさまざまな種類のコラーゲンにも作用します。

コラゲナーゼ（MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18）

細胞間に見られるタイプI、II、IIIのコラーゲンに作用する加水分解酵素。これらの物質の異化作用の産物は、変性コラーゲンまたはゼラチンが得られます。

脊椎動物では、この酵素は線維芽細胞やマクロファージなどのさまざまな細胞や上皮細胞によって産生されます。それらはまた細胞外マトリックスの他の分子に作用できます。

ゼラチナーゼ（MMP-2、MMP-9）

それらは、I型、II型およびIII型コラーゲンの異化プロセスを助けます。それらはまた、コラゲナーゼの作用の後に得られる変性コラーゲンまたはゼラチンに作用する。

ストロマライシン（MMP-3、MMP-10、MMP-11）

それらはIV型コラーゲンとコラーゲンに関連する細胞外マトリックスの他の分子に作用します。ゼラチンに対するその活動は限られています。

ストロマリシン MMP3マトリックスメタロプロテイナーゼの構造。Wikimedia CommonsのEmwから取得および編集されました。

マトリリシン（MMP-7、MMP-26）

これらは基底膜の一部です。それらは、マトリックス内の他のメタロプロテイナーゼのタンパク質分解活性に参加します。

ネプリライシン

ネプリライシンは、亜鉛を触媒イオンとするマトリックスメタロプロテイナーゼです。それは、アミノ末端の疎水性残基でペプチドを加水分解する責任があります。

この酵素は、腎臓、脳、肺、血管平滑筋をはじめ、内皮、心臓、血液、脂肪細胞、線維芽細胞など、多くの臓器に含まれています。

ネプリライシンは血管作動性ペプチドの代謝分解に不可欠です。これらのペプチドのいくつかは血管拡張剤として作用しますが、他のペプチドは血管収縮作用があります。

ネプリシリンの阻害は、アンジオテンシン受容体の阻害と併せて、心不全患者の治療において非常に有望な代替療法となっています。

その他のマトリックスメタロプロテイナーゼ

上記のどのカテゴリにも分類されないメタロプロテイナーゼがいくつかあります。それらの例にはMMP-12があります。MMP-9; MMP-20; MMP-22; MMP-23およびMMP-28。

-ADAMタンパク質

ADAM（英語でその名前のDisintegrin And Metalloprotease）は、メタロプロテアーゼ-ディスインテグリンとして知られるメタロプロテイナーゼのグループです。

これらには、細胞膜によって細胞から排除されたタンパク質の一部を切断または除去する酵素が含まれます。

一部のADAM、特にヒトでは、機能的なプロテアーゼドメインが不足しています。その主な機能には、精子形成および精子-卵子融合に作用することが含まれます。それらは多くのヘビの毒の重要な要素です。

その他の機能と変更

タンパク質修飾

メタロプロテイナーゼは、翻訳後プロセスにおける一部のタンパク質の修飾（成熟）に参加できます。

これは、標的タンパク質の合成と同時に、またはその後に、またはその機能を発揮するために存在する最終部位で発生する可能性があります。これは一般的に、標的分子からの限られた数のアミノ酸残基の切断により達成される。

より広範な切断反応では、標的タンパク質が完全に分解されます。

健康への影響

メタロプロテイナーゼの機能の変化は、人間の健康に望ましくない影響を与える可能性があります。さらに、他のいくつかの病理学的プロセスには、この重要な酵素群の関与が何らかの形で含まれています。

たとえば、マトリックスメタロプロテイナーゼ2は、子宮内膜がんを含むがんの浸潤、進行、転移に重要な役割を果たします。他のケースでは、MMEホメオスタシスの変化は関節炎、炎症、およびいくつかの種類の癌にリンクされています。

最後に、メタロプロテイナーゼは、それらを生成する個人の生理学に直接関連しない、自然界の他の機能を果たします。たとえば、一部の動物では、毒の生成は生存の方法において重要です。

実際、多くのヘビの毒には、生理活性化合物の複雑な混合物が含まれています。それらのなかには、出血、組織損傷、浮腫、壊死など、被害者の他の影響を引き起こすいくつかのメタロプロテイナーゼがあります。

関連する病理

MMPファミリーの酵素が様々な疾患の発症に関与していることを確認することが可能でした。とりわけ、皮膚疾患、血管機能障害、肝硬変、肺気腫、脳虚血、関節炎、歯周炎、および癌転移。

マトリックスメタロプロテイナーゼで発生する可能性のある多種多様な形態は、遺伝子調節のいくつかのメカニズムの変化に有利に働き、したがって遺伝子プロファイルの変化につながると考えられています。

MMPに関連する病状の発症を抑制するために、天然と人工の両方のメタロプレナーゼのさまざまな阻害剤が使用されています。

天然の阻害剤は、魚、軟体動物、藻類、細菌など、多くの海洋生物から分離されています。合成阻害剤は、一般に、触媒金属イオンに結合して不活性化するキレート基を一般に含んでいます。しかしながら、これらの治療で得られた結果は決定的なものではありませんでした。

治療用途

マトリックスメタロプロテイナーゼには、いくつかの治療用途があります。火傷やさまざまな種類の潰瘍の治療に使用されます。それらはまた、瘢痕組織を除去するため、および臓器移植における再生プロセスを促進するために使用されてきた。

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