| １．はじめに タンパク質はＬ-アミノ酸のみからなる高分子物質であり、生体の中で様々な機能を果たしている。アミノ酸を化学的に合成すると土アミノ酸とその光学異性体であるＤ−アミノ酸の比が１：１のラセミ体として得られる。生命の発生に先立つ原始地球上ではアミノ酸はラセミ体として存在したが、化学進化の過程でＬ−アミノ酸のみが選択され、生命体が生まれたと考えられている。従って地球上のすべての生命体はＬ−アミノ酸生物であり、Ｄアミノ酸は完全に生物界から排除されたと考えられてきた。しかし、近年、生理活性のあるＤ−アミノ酸含有ペブチドや 1-4、様々な遊離型Ｄアミノ酸の存在が明らかになり 5-9、タンパク質中のＤ‐アミノ酸が老化に関連するなど、興味深い研究が続々と報告されてきた。タンパク質中のＤ‐アミノ酸は老化の過程でラセミ化反応によって生じてくるもので、眼の水晶体 10-12、歯 13、脳 14、、皮膚 15 等のタンパク質中に検出されている。Ｌアミノ酸タンパク質中にＤ−アミノ酸が生成されると高次構造に変化が生じ、タンパク質の安定性が減少し、不溶化や機能低下を招く。水晶体や脳ではＤ−アスパラギン酸（D-Asp）の増加が白内障やアルツハイマー病に深く関与していると考えられている。本稿では主として我々が行ってきた老化した眼の水晶体や皮膚のＤ−Asp含有タンパク質の生成の機構と病態との関連についてその一端を紹介する。 ２．水晶体タンパク質中のD-Aspと白内障 ヒトの水晶体中では加齢に伴ってAsp残基のラセミ化が進行し、本来生体には存在しないはずのD-AspＤが蓄積していることが報告されていた 10。しかし、水晶体中に含まれるすべてのタンパク質中のAsp残基が一様にラセミ化しているのか、ある特定のタンパク質の特定部位のAsp残基がラセミ化しているのかはわからなかった。筆者らは80歳のヒト水晶体のタンパク質を網羅的に分析し、D-Aspは水晶体の主成分であるαＡ-クリスタリンとαＢ−クリスタリンに存在することを明らかにし、ついで、これらのタンパク質中でのD-Aspの存在部位を明らかにした 11-12。結果を表１に示した。  αＡ−クリスタリンは173残基、αＢ-クリスタリンは175残基のアミノ酸からなる分子量約20kDaのタンパク質で水晶体中では互いに会合して40-50量体の安定した会合体を形成している。αＡクリスタリン中には15個のAsp残基と２個のアスパラギン（Asn）残基が、αＢ‐クリスタリン中には11個のAsp残基と２個のAsn残基が含まれている。このうち、それぞれ、２カ所のAsp残基が著しくＤ体化し、又、隣接残基との結合が通常のalpha結合からbeta結合へと異性化していることが明らかとなった。生成機構の詳細は参考文献 16を挙げここでは割愛するが、このような反応はＡｓｐ残基が五員環イミド（L-スクシイミジル残基）を形成し、イミド体を経由してラセミ化と異性化が同時に生じることが明らかとなった。このような反応は条件さえ整えば、生体内のような低い温度で容易に生じるということも明らかとなり、比較的若い時期から始まっていることも明らかとなった。 すなわち、これらの反応は誕生直後から開始され正常の土α−Aspは30代で、既にほぼ、1/2くらいに減少し、60代、80代とさらに減少を続け、代わりにＤ-β-Aspが増加してくることが明らかとなった（図１）。  図１ ヒトαＡ−クリスタリン中のAsp151異性体の加齢による変化 上述したように水晶体ではαＡ-、αＢ-クリスタリンが高次会合体を形成し、規則正しく配列して、レンズとしての機能を果たしている。αＡ-、αＢ-クリスタリンモノマーに上述のような変化が生じれば、高次会合体の規則的な構造に大きな乱れが生じる。水晶体タンパク質は代謝がないので、このような変異タンパク質の蓄積が白内障を引き起こす原因の一つと考えられる。 ３．皮膚タンパク質中のＤ−Aspと紫外線 水晶体の研究結果はタンパク質中でのAspのＤβ-化が当初、予想していたよりもはるかに容易に起こることを示していた。また、水晶体に紫外線を照射するとαＡ−クリスタリンの正常なAsp−151残基のみがＤ−β-化することより、紫外線が本反応を促進していることが明らかとなった。そこで、我々は紫外線被ばく影響の多い皮膚をターゲットとして皮膚のタンパク質中にＤ−β‐Asp含有タンパク質が存在するかどうかを検討することにした。まず、ヒトαＡ‐クリスタリンのAsp151残基周辺と同一配列のＤ−βAsp含有ペプチドを合成し、これに対する特異的な抗体を調製し、免疫染色によって、ヒトの皮膚中にＤ−βAsp含有タンパク質が見られるかどうかを検討した。その結果、80代の老人の顔の皮膚にはＤ−β‐Asp含有タンパク質が存在しているということがわかった。一方、子供の顔の皮膚には全く存在していなかった。さらに80代の老人の皮膚でも紫外線被ばく影響がほとんど無いと考えられる腹部や胸部の皮膚では顔の皮膚と比較してその量が著しく少ないということが明らかとなった（図２）。この結果はタンパク質中でのＤ‐β‐Asp生成が老化によって増加し、紫外線照射が促進するということを示している。  ４．終わりに 本稿で示したようにタンパク質中のAsp残基は生体内の体温程度の低い温度で、老化という自然の過程で比較的容易にＤ‐体へと反転、ラセミ化し、同時に異性化する事を示した。この反応は水晶体でも皮肩でも、紫外線照射によって促進し、水晶体では白内障を、皮膚では皮膚の硬化を誘発することが明らかとなった。これらは結合型のＤ‐アミノ酸であるが、近年、遊離型のＤアミノ酸が哺乳類にも、生理的意義をもって多量に存在するということが明らかとなってきた。細菌の細胞壁、植物、昆虫 17 二枚貝 9 から哺乳類に至るまでＤ-アミノ酸は生物界に広く存在する。最新の研究では遊離型のＤAspは哺乳類の脳、松果体、下垂体、副腎髄質などの内分泌系に多く含まれており、神経や内分泌機能に重要な役割を果たしていると考えられている。また遊離型のＤセリン（Ser）は中枢神経系の神経伝達物質の受容体であるNMDA受容体にアゴニストとして結合し、神経伝達の調節を行っていると考えられている 6。これらの興味深い研究については優れた総説があるので参照して頂きたい 78。またＤ−アミノ酸の生合成、代謝なども盛んに研究が行われている 18-19。 生物界にはＤ−アミノ酸は存在しないと長い間、信じられてきたが、近年の分析技術の進歩に伴い、ピコモルレベルでのＤアミノ酸が検出できるようになった。Ｄアミノ酸は生体内で合成され、代謝され、様々な生理的意義をもって存在していると考えられる。  |