酵素の構造に基づいた蛍光基質の開発とそれを用いた新しい糖鎖修飾酵素の発見

摘要

In order to discover a novel glycan-processing enzyme, we successfully developed fluorescent substrates for β-allosidase and β-galactosidase. It was essential to take the enzyme structure of the glycan-processing hydrolase into consideration while designing fluorescent substrates for these enzymes. We designed and synthesized fluorescent substrates based on a quinone methide cleavage reaction to image activities of these enzymes in living cells. We obtained fluorescent images of β-allosidase and β-galactosidase activity from fluorescent substrates in three human cell lines (HT1080, SK-N-SH, and HeLa). These results indicated that novel β-allosidase and β-galactosidase are present in human cells. In the future, our fluorescent substrates could be useful for discovering novel enzymes in nature.%これまでにヒト細胞内に存在することが知られていない糖鎖修飾に関与する新しい酵素活性を発見するために，糖鎖修飾に関与する糖質加水分解酵素の特徴を考慮したβ-アロシダーゼ検出のための蛍光基質およびβ-ガラクトシダーゼ検出のための蛍光基質の分子設計を行い，設計した蛍光基質の合成に成功した。合成したこれらの蛍光基質を3種のヒト培養細胞(HT1080, SK-N-SH, HeLa)に投与し，共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した結果，新しい酵素活性であるゴルジ体β-アロシダーゼ活性およびゴルジ体β-ガラクトシダーゼ活性を発見した。これらのことは，酵素の構造に基づき精密に蛍光基質を分子設計することで，様々な生物種から新規な酵素を発見する方法論の1つとなると確信している。