Morishita, Emi

Narita, Hiroshi

成田, 宏史

森下, 恵美

English

Kyoto Women's University Academic Repository (AIR) / 京都女子大学学術情報リポジトリ（京女AIR）

平成7年12月(1995年) 15一総 説新 規生 理 活 性 因子:ピ ロ ロキ ノ リンキ ノ ン(PQQ)森下 恵美1),成 田 宏史2)A Novel Bioactive Factor: Pyrroloquinoline Quinone (PQQ)Emi Morishita and Hiroshi Naritaは じ め に ピロロキ ノリンキノンPyrroloquinoline quinone(PQQ)がFAD, NADに 次 ぐ第三の補酵素 として生体内酸化還元反応に関与 していることが報告 された のは1979年 であ る。最近にな って,こ れ までPQQと 思われ ていたい くつかの酵素の共有結合型の補欠因子がチ ロシンや トリプ トファン誘導体であることが明らかに され,こ れらのキノン系補欠因子を持つ蛋 白質(キ ノプロテイン)が 脚光を浴びている。一方,PQQは,微 生物に対す る増殖因子活性,花粉の発芽促進,肝 障害 ・白内障の予防効果を示すこと,さ らにはマウスでPQQ欠 乏症が観察されたことか ら,新 たな生理活性物質としても注 目されている。 また,PQQの ユ ニークな生合成経路 も明らかにされつつあ り,PQQ研 究は今佳境に入 ったといえよう。1.酵 素の補欠因子 としてのPQQ PQQは1979年 に メタ ノール資化性細菌の メタノール脱水素酵素の補酵素 として発見され1),当 初は メ トキサチ ンと命名 されたが,現 在ではその特徴的な構造に従 ってPQQと 呼ばれている(図1)。 PQQは 中性水溶液 中において249nmと330nmに吸収極大を持ち,400～600nmの 広い吸収によ り赤紫色を示す。 また,還 元される と318nmに 吸収極大を示す ようにな る(PQQHa,図1)。 PQQの補酵素活性は この0一 キ ノン部における電子の授受に起 因 している。現在の ところ確実にPQQを 補酵素 として有 している酵素はグラム陰性菌を中心 とした原 核微生物 に限 られ てい る。 これ らの酵 素 とPQQと の結合は非共有結合であ り,そ の結合にはカル シウムが関与 している。 また,こ れ らの酵素はポロ型で安定であるが,Comamanas testosteraniのアルコール脱水素酵素の ようにアポ型 として容易に単離可能な酵素 も存在す る2)0 一方,こ れ までPQQと 思われ ていたア ミン酸化酵素3)や メチルア ミン脱水素酵素4)の 共有結合型補欠因子は,そ れぞれ酵素分子 内の特定のチ ロシン残基や トリプ トファン残基の翻訳後修飾によって生 じたTOPAキ ノン(TPQ)や トリプ トファン トリプ表1PQQに 対 して得 られた モ ノ クロ 一ーナ ル抗体   (Narita and Morishita5)よ り改変)No.種 類 pQQ-BSA TOPA-BSA 遊離pQQ2916735IgGlIgGlIgMIgMIgMIgMIgM十十十十十十十十十十十1)京都大学大学院農学研究科2)京都女子大学家政学部食物栄養学科食品学第一研 究室PQQは 低分子化合物であるので抗原性がないため,pQQをBSAに 結合 させたPQQ-BSAを 抗原 として,7つ のモノクローナル抗体を得た。 これらの うち3番 と5番 は非特異的であ り,1,6,7番 は結合状態のPQQし か認識せず,2番 と9番 は遊離のPQQも 認識 した。2番 と9番 がPQQに 対 して もっとも特異性の高い抗体である。一16一 食物学会誌 ・第50号PQQPQQH2 OPQTPQ TTQ図1 PQQお よびその関連化合物の構造トフィルキノン(TTQ)で あ ることが最近明らかにされつつある(図1)。 我 々もPQQに 対す るモノクローナル抗体を作製 し(表1),こ れ らを用いた免疫化学的解析か ら同様の結論を得ている5)0す でに他の グループに よるポ リクローナル抗体6),モ ノクローナル抗体7)を 用いた報告があるが,こ れらは特異性が甘かったため誤 った結論に至っていた。現在 これ らのキノン系補欠因子を持つ蛋 白質はキノプロテイ ンと総称 され,そ の構造 と機能の解明ならびに新たなキノプロテインの検索が活発な研究対象 となっている8)0皿.PQQの 生合成 メタノール資化性菌は培地に多量のPQQを 蓄積し,そ の量は条件に よっては培地1リ ットルあた り19に も達する。現在 の ところ,量 の多少に違 いはあるものの,ほ とん どの微生物にPQQ産 生能があると考えられているが,動 植物におけるPQQ産生は疑問である。 PQQの 生合成経路 に関 しては トレーサ ー実験の結果か ら,図29)に 示す ようなグルタミン酸とチロシンを前駆体 とした経路が予想 されている。一方,Goosenらlo)はAcinetobactey calcoaceticumのpQQ生合成能欠損株の相補実験か ら,4っ の翻訳可能領域を コー ドしている5000塩 基対のPQQ合 成系遺伝子を単離 した。 もっとも小さい翻訳可能領域は24アミノ酸からなるペプチ ドをコー ドしてお り,部 位特異的変異を用いた解析により,こ のペプチ ドの16番目のグル タミン酸 と20番 目のチロシンがPQQ合 成に必須 であることが明らかになった。 さらにKleb-siella pneumon iaeのPQQ合 成系遺伝子には,同 様のペ プチ ドに加えて分子量84kDaの プ ロテァーゼ様の蛋 白質 もコー ドされていた醜 これらの結果から,PQQは 遊離のグルタ ミン酸 とチロシンからで平成7年12月(1995年) 17Tyrosine DOPA DOPAquinone DOPAchromePQQ図2 pQQの 予想 され る生 合成経 路(MAG van Kleef and JA Duineg))きるのではな く,ペ プチ ド鎖内に離れて存在 しているグルタ ミン酸残基 とチ ロシン残基が結合 した後切り出されて生 じる,と い う極めてユニークな合成経路の存在が示唆 されている。この切 り出 し機構,他の翻訳産物の機能な らびに,PQQ生 合成系 の発現調節機構が興味深い。凪 定 量 PQQの バイオア ッセイ法 としては,ア ポ型のグル コース脱水素酵素12)や アルコール脱水素酵素2)のホロ化にともな う酵素活性の回復を指標 とした方法があ る。逆 相 カ ラムを用いたH肌Cに よる定量13)で は,紫 外部吸収,蛍 光,電 気化学法な ど,検出法が工夫 されている。簡便で感度 もよいため汎用 されているのは,PQQが ア ミノ酸を脱炭酸 し自表2 GC-MS法 に よるPQQ定 量値   (Kumazawa A, et a1199215、199316)よ り抜粋)らは還元 され る性質を利用 した酸化還元サイクル法であ る14)。本法では遊離 のみな らず結合体 のPQQも測定で きるが,特 異性の点で注意を要す る。13C-PQQを 内部標準 に用いたガスクロマ トグラフィー質量分析法(GGMS法)は 簡便 さには劣 るが もっとも信頼 できる方法 と思われ る。表 15,16)に本法に よるPQQ定 量値をまとめた。 著者 らはモノクローナル抗体(表1)を 用いた酵素抗体法によるPQQ及 びそのグ リシン付加体であるオキサ ゾピロロキノ リン(OPQ,図1)の 高感度定量法を開発 し17),ヒ ト,ウ シ胎児血清,牛 乳,卵白,食 酢に数nMのPQQの 存在を確認 している。これ まで天然物,食 品,生 体試料 中のPQQ含 量は過大評価 されてお り,再 評価す る必要があ ると思われる。いずれの方法を用いるに しろ,測 定法の特性,試料 の前処理,他 法 との比較 などを含めて結果を解釈す る必要がある。IV. 生 理 作 用試 料    ・AA(ng/9湿 重量, ml)ヒ トラ ッ トニ ワ ト リウ シ小腸肝臓腎臓脳血清尿小腸肝臓腎臓脳卵白乳1.9±0.31.0土0.92.4±0.91.7±0.60.8±0.21.6±1.01.0±0.44.1±2.63.4±0.4一:検 出不 能 PQQは 微生物の生育促進活性を示す。 この場合,全菌体量を増加させ る 「ビタ ミン型」 と,誘 導期を短縮 させ る 「ホルモン型」があるが,補 酵素活性 との関連は不明である18)0植物 に対 しても花粉の発芽促進作用が報告 されているがその生理的意味 も不明である19)0 す でに述べたように,現 在 のところ動物の酵素でPQQを 補酵素 として要求す るものはない し,動 物におけ るPQQ生 合成の報告 もない。 しか し動物は飲料水や食料,腸 内細菌からPQQを 摂取 している。Killgoreら20)は マウスを離乳時か らPQQを 含まない配合飼料(腸 内細菌の生育 を抑 えるための抗生物 18一質を含む)で 飼育する と,2週 間 目あた りか ら成長が遅延 しは じめ,8週 間後には20～30%の マウスで皮膚の脆弱化,脱 毛,猫 背(骨 軟化)な どの症状が現れたと報告 している。 この とき,40匹 中8匹 が死亡 し,う ち3匹 には大動脈瘤,腹 腔 内出血が観察された。生化学的には,PQQ欠 乏に よ り皮膚における抽出可能 コラーゲン量が倍増 し,リ シル酸化酵素活性が10～30%に 低下 していた。 この酵素活性の低下がコラーゲンの成熟を遅 らせ,皮 膚の脆弱化,骨軟化につなが っているものと思われる。 また,8～9週 間PQQ欠 乏に した雌 マウスは,不 妊になるか出産直後に子 どもを食べて しま う。 これ らの症状は対照群では見 られなか った し,PQQ投 与 によ り改善 された。 この ようにPQQは 動物の成長 と生殖にとって重要な因子(ビ タ ミン)か もしれない。 ビオチンや ビタ ミンKの ように健常人 ではPQQ欠 乏症は問題 とならない ようであるが,乳 幼児や,長 期間にわたる輸液あるいは抗生物質使用時には考慮する必要があるか もしれない。V.薬 理 作 用 PQQはin vitroで アスコル ビン酸 よ り強力な ラジカルス カベ ンジャー活性を示す21)。また,PQQは四塩化炭素やD・ ガラク トサ ミンなどに よって誘発 され るラ ッ ト肝障害22)や カラゲニン惹起 ラ ット足浮腫の発症21),あ るいは ヒドロコルチゾン投与による鶏胎児の白内障形成23)(表3)を 抑制する。 これらの炎症は組織内グルタチオ ン量が02な どの ラジカルによる酸化ス トレスを十分解消できないために生 じると考 えられている。PQQがin vivoに おいて良好な ラジカルスカベ ンジャーとして機能するならば,ア ルコール性肝障害や脳卒中,痴 呆な どの脳の酸化ス トレス障害に対 しても効果 が期待 される。また,糖 尿病性 白内障に対 してもPQQの 抑制効果が期待 されている。本症は水晶体に蓄積 した グルコースがアル ドース還元酵素の作用によ り細胞外に排出されない ソル ビトールに変換 され,浸 透圧増加をきた して水晶体が膨潤,白 濁す ることが一因 として考 えられてい る。PQQは 本酵素の阻害活性を持っている24) 一方,PQQ(ll.5mg/kg)を4日間 ラッ トに腹腔内投与す ると血中尿素態窒素や血清 クレアチニン濃度が著 しく上昇 し,尿 中の蛋白質,糖,ケ トン体,潜血反応が陽性 とな り腎障害が見 られ る25)0こ のとき,肝 臓や膵臓では大 きな変化は見 られないが,腎障害は2.9mg/kgの 投与 でも見 られ る。 マ ウスで食物学会誌 ・第50号表3 ヒ ドロコル チ ゾン投与 に よるニ ワ トリ胎 児の   白内障形 成に対 す るPQQの 予防効 果   (Nishigori H, et al 198923>)処 置白内障 の程度I  II III IV-V対照a           20 0 0 0ヒ ドロコルチ ゾン(0.1mg)  0 0 0 20ヒ ドロコルチ ゾン+PQQ(mg/卵)b(0.1)(0.5)(0.5){1.0)0 0  05 3  59 5  66 1  320700受精鶏卵 の15日 目胎児に0.1mgの コハク酸 ヒ ドロコルチ ゾンを注入すると,48時 間後にはすべての胎児が白内障(IV-V)と な るが, PQQ投 与に よ りそれが軽減 される。数字は卵の数。aPQQの 代わ りに酢酸 カ リウムを投与bヒ ドロコルチ ゾン投与の3,10,20時 間後にPQQを投与cヒ ドロコルチ ゾン投与 の3,10時 間後 のみPQQを投与のPQQのLD50は 約70 mg/kgと されてい る。なお,OPQはPQQと 同等あ るいはそれ以上の薬理活性を持つ うえ腎毒性を示さず,LD50は 約lg/kgと高い24)0ま た,OPQがin vivoで 神経成長因子分泌促進活性を示す ことも報告 され ている26)0こ のほかにもPQQ及 びその誘導体にい くつかの薬理作用が報告 されているが,ま だ不明な点が多 く今後の進展が期待 される。文 献1) S. A. Salisbury, H. S. Forrest, W. B. T. Cruse,   and 0. Kennard: Nature 280, 843 (1979) 2)  B.  W.  Groen, M. A. G. van Kleef, and J. A. Duine: Biochem. J. 234, 611 (1986) 3) S. M. Janes, D. Mu, D. Wemmer, A. J. Smith,   S. Kaur, D. Maltby, A. L. Burlingame, and J.   P. Klinman: Science 248, 981 (1990) 4) W. S. McIntire, D. E. Wemmer, A. Chistoser-  dov, and M. E. Lindstrom: Science 252, 817   (1991) 5) H. Narita, and E. Morishita: J. Biochem., 117,  830 (1995) 6) G. Citro, A. Verdina, R. Galati, G. Floris, S.   Sabatini, and A. Finazzi—Agro, A.: FEBS lett.,   247, 201 (1989)平成7年12月(1995年)7) S. Marini, B. Giardina, G. F. Fasciglione, and    A. Finazzi-Agro: J. Biol. Chem., 268, 13352   (1993) 8) J. P. Klinman, and D. Mu: Annu. Rev. Bio-  chem.,  63,  299 (1994) 9) M. A. G. van Kleef, and J. A. Duine: FEBS   Lett. 237, 91 (1988) 10) N. Goosen, R. G. M. Huinen, and P. van de Putte: J. Bacteriol., 174, 1426 (1992) 11) J. J. M. Meulenberg, E. Sellink, N. H. Rieg-   man, and P. W. 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新規生理活性因子 : ピロロキノリンキノン(PQQ)

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