哺乳類の重要なコレステロール合成酵素であるスクワレンモノオキシゲナーゼは、その基質によってアロステリックに安定化されています

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Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A..2020 03;117(13):7150-7158. 1915923117. doi: 10.1073/pnas.1915923117.Epub 2020-03-13.

哺乳類の重要なコレステロール合成酵素であるスクワレンモノオキシゲナーゼは、その基質によってアロステリックに安定化されています

A key mammalian cholesterol synthesis enzyme, squalene monooxygenase, is allosterically stabilized by its substrate.

Hiromasa Yoshioka
Hudson W Coates
Ngee Kiat Chua
Yuichi Hashimoto
Andrew J Brown
Kenji Ohgane

PMID: 32170014 PMCID: PMC7132291. DOI: 10.1073/pnas.1915923117.

抄録

コレステロール生合成は高コストのプロセスであり、したがって、細胞コレステロールのレベルに応答して、転写および翻訳後負帰還機構の両方によって厳密に制御されている。スクワレンモノオキシゲナーゼ（SM、スクアレンエポキシダーゼまたはSQLEとしても知られている）は、コレステロール生合成経路の速度制限酵素であり、スクアレンのエポキシ化を触媒する。SMの安定性は、そのN末端調節ドメイン（SM-N100）を介してコレステロールによって負に制御されている。本研究では、SM-ルシフェラーゼ融合レポーター細胞株を用いて化学遺伝学的スクリーニングを行い、SM自体の阻害剤をSMのアップレギュレーターとして同定した。この効果は、SM-N100領域を介して媒介され、コレステロール促進分解と競合し、E3ユビキチンリガーゼMARCH6を必要とした。しかし、コレステロール生合成阻害薬として定評のあるスタチン系薬剤では発現が認められなかったことから、コレステロール合成の低下とは別のメカニズムが存在することが示唆された。さらに解析を進めた結果、SM阻害剤投与時のスクアレンの蓄積がこの抑制効果に関与していることが明らかになった。スクアレンはN100領域に直接結合し、MARCH6との相互作用やユビキチン化を抑制していることを光親和性標識を用いて明らかにした。以上の結果から、SM は N100 ドメインを介してスクアレンを感知して代謝能力を高めていることが示唆され、スクアレンがコレステロール生合成経路のフィードフォワード因子として機能していることが明らかになった。

Cholesterol biosynthesis is a high-cost process and, therefore, tightly regulated by both transcriptional and posttranslational negative feedback mechanisms in response to the level of cellular cholesterol. Squalene monooxygenase (SM, also known as squalene epoxidase or SQLE) is a rate-limiting enzyme in the cholesterol biosynthetic pathway and catalyzes epoxidation of squalene. The stability of SM is negatively regulated by cholesterol via its N-terminal regulatory domain (SM-N100). In this study, using a SM-luciferase fusion reporter cell line, we performed a chemical genetics screen that identified inhibitors of SM itself as up-regulators of SM. This effect was mediated through the SM-N100 region, competed with cholesterol-accelerated degradation, and required the E3 ubiquitin ligase MARCH6. However, up-regulation was not observed with statins, well-established cholesterol biosynthesis inhibitors, and this pointed to the presence of another mechanism other than reduced cholesterol synthesis. Further analyses revealed that squalene accumulation upon treatment with the SM inhibitor was responsible for the up-regulatory effect. Using photoaffinity labeling, we demonstrated that squalene directly bound to the N100 region, thereby reducing interaction with and ubiquitination by MARCH6. Our findings suggest that SM senses squalene via its N100 domain to increase its metabolic capacity, highlighting squalene as a feedforward factor for the cholesterol biosynthetic pathway.