ピルビン酸およびα-ケトグルタル酸によるヒト4-ヒドロキシ-2-オキソグルタル酸アルドラーゼの制御：原発性高オキソ尿症3型の示唆

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Biochem. J..2019 11;476(21):3369-3383. 220867. doi: 10.1042/BCJ20190548.

ピルビン酸およびα-ケトグルタル酸によるヒト4-ヒドロキシ-2-オキソグルタル酸アルドラーゼの制御：原発性高オキソ尿症3型の示唆

Regulation of human 4-hydroxy-2-oxoglutarate aldolase by pyruvate and α-ketoglutarate: implications for primary hyperoxaluria type-3.

Amadeus Huang
Julia Burke
Richard D Bunker
Yee-Foong Mok
Michael D Griffin
Edward N Baker
Kerry M Loomes

PMID: 31696211 DOI: 10.1042/BCJ20190548.

抄録

4-ヒドロキシ-2-オキソグルタル酸アルドラーゼ（HOGA1）は、ヒドロキシプロリン代謝のゲートキーパーとしての役割を果たすミトコンドリア酵素です。ヒトではその機能が失われると、シュウ酸が過剰に産生されることで特徴づけられるまれな疾患である原発性高オキソ尿症3型（PH3）の原因となる。本研究では、HOGA1が触媒するオキサロ酢酸脱炭酸酵素活性の重要性を検討した。組換えヒト酵素 (hHOGA1) と活性部位変異体を使用して速度論的研究は、これらの両方の二重の活性が両方とも生体内で動作することを示唆するマイクロモルの基質親和性と同じ触媒機構を利用していることを示した。一方、α-ケトグルタル酸は、ミリモル範囲の阻害定数を持つ弱い阻害剤であり、水素化ホウ素ナトリウムの存在下でのみ活性部位Lys196との付加体として単離することができました。これらの研究は、ピルビン酸がグルコース新生期のHOGA1活性を阻害することを示唆している。また、HOGA1の機能が失われると、ピルビン酸の利用可能性が低下し、クレブスサイクルを介した代謝フラックスが低下することで、PH3でのシュウ酸生成が増加する可能性があることを示唆しています。

4-hydroxy-2-oxoglutarate aldolase (HOGA1) is a mitochondrial enzyme that plays a gatekeeper role in hydroxyproline metabolism. Its loss of function in humans causes primary hyperoxaluria type 3 (PH3), a rare condition characterised by excessive production of oxalate. In this study, we investigated the significance of the associated oxaloacetate decarboxylase activity which is also catalysed by HOGA1. Kinetic studies using the recombinant human enzyme (hHOGA1) and active site mutants showed both these dual activities utilise the same catalytic machinery with micromolar substrate affinities suggesting that both are operative in vivo. Biophysical and structural studies showed that pyruvate was a competitive inhibitor with an inhibition constant in the micromolar range. By comparison α-ketoglutarate was a weak inhibitor with an inhibition constant in the millimolar range and could only be isolated as an adduct with the active site Lys196 in the presence of sodium borohydride. These studies suggest that pyruvate inhibits HOGA1 activity during gluconeogenesis. We also propose that loss of HOGA1 function could increase oxalate production in PH3 by decreasing pyruvate availability and metabolic flux through the Krebs cycle.