ペプチドトランスポーターファミリー

薬 物 トラ ン ス ポ ー ター:多 選択的基質認識の分子基盤
ペ プ チ ド トラ ンス ポー ター フ ァミ リー
寺 田智 祐 ・乾
賢一
小 腸 や 腎 尿 細 管 上 皮 細 胞 の 刷 子縁 膜 に 発現 す るH+駆 動 型 ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー(PEPT1,
PEPT2)は,ジ
ペ プ チ ド,ト リペ プチ ドの 輸 送 を 媒 介 し,蛋 白 質 の 吸 収 や ペ プ チ ド性 窒 素 源 の
維 持 に寄 与 して い る.ま た,PEPTは
基 質 認 識 性 が比 較 的 広 範 で,小 分 子 ペ プ チ ドと 構 造 的 に
類 似 した 薬 物 を 誤 って 認 識 し輸送 す る こ とか ら,薬 物 吸 収 にも 重 要 な 役 割 を 果 た して い る.近
年,PEPTは
ペ プ チ ド型 薬 物 だ け で な く,エ ステ ル 型 薬 物 な ど も 輸 送 す る こ と が 示 さ れ,そ の
基 質 認 識 特 性 は従 来 考 え て い た よ りも さ らに 広 範 で あ る こ と が 明 らか に な り つつ あ る.本 稿 で
は,ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー ター フ ァミ リー の薬 物 動 態 学 的 役 割 や,基 質 認 識 特性,輸
送メ 力ニ
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ズ ム に関 す る 最 近 の 知 見 につ い て紹 介 す る.
PEPT1PEPT2ペ
プ チ ド類 似薬 物
は じめ に
腸管 吸収
薬 物送達 シスデム
され た ジペ プチ ド,ト リペ プ チ ドの 再 吸 収 を媒 介 しペ プ
消 化 管 に お け る 蛋 白 質 の 摂 取 は,ア
ミ ノ酸 と して だ け
で な くペ プ チ ド と し て も 吸 収 さ れ る こ と が1950年
代 か
チ ド性 窒 素 源 の 保 持 に 寄 与 して い る3).
本稿 で は,ま ず,栄
養 生 理 学 的 に重 要 な ペ プチ ド トラ
か し,ペ
プ チ ドの 加 水 分 解 が 上 皮
ンス ポ ー ター が,い
細 胞 内 外 で 並 行 して 進 行 し,ア
ミ ノ 酸 と ペ プ チ ドの 吸 収
ポ ー ター と して 認 識 され る に至 っ た の か とい う歴 史 的 経
ら示 唆 さ れ て い た.し
を 分 離 評 価 す る こ と は 困 難 で あ る こ と か ら,ペ
プ チ ドの
か に薬 物 動 態 学 的 に重 要 な トラ ンス
緯 に つ い て 概 説 す る.次
にペ プ チ ド トラ ンス ポ ー ター の
吸 収 機 構 は 明 確 に さ れ な い ま ま で あ っ た.そ
の 後,Adibi
遺 伝 子 ク ロ ー ニ ン グ と,そ の 機 能 解 析 を通 して得 られ た
やMatthewsら
化管 にはア
基 質認 識特 性 に 関 す る 最 近 の 知 見 に つ い て紹 介 す る.最
の 精 力 的 な 研 究 に よ っ て,消
ミ ノ 酸 トラ ン ス ポ ー タ ー と は 独 立 し た ペ プ チ ド ト ラ ン ス
後 に,小 腸 や 腎 尿 細 管 上 皮 細 胞 の側 底 膜 に発 現 す る ペ プ
ポ ー タ ー が 存 在 す る こ と が 明 ら か に さ れ,1970年
チ ド トラ ンス ポ ー タ ー の 機 能 特 性 に つ い て 解 説 を 加 え
代 前
半 に 蛋 白質 摂 取 にお け る ペ プ チ ド トラ ンス ポ ー ター の 重
要 性 が 認 識 さ れ る に 至 っ た1).さ
て か ら は,刷
ら に1980年
タ ー はH+勾
代 に入 っ
子 縁 膜 小 胞 系 を 用 い て 輸 送 の駆 動 力 や基 質
認 識 特 性 に 関 す る 研 究 が 進 展 し,ペ
配 を 駆 動 力 と し,ジ
る.
I.ペ プ チ ド トラ ンス ポー ター と薬 物輸 送
プ チ ド トラ ン ス ポ ー
ペ プ チ ド,ト
リペ プ チ
般 に薬 物 の 腸 管 吸 収 は 薬 物 の 荷 電 状 態 と脂 溶 性 に依
ドを 輸 送 す る トラ ン ス ポ ー タ ー で あ る こ とが 判 明 し た
存 した 受 動 拡 散,い
(図1)2).ペ
れ て お り,腸 管 吸 収 を受 け る た め に はあ る程 度 の 脂 溶 性
プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー は構 成 ア ミノ 酸 に
よ る 基 質 選 択 性 は 低 い た め,他
の 栄 養 物 質 トラ ン ス ポ ー
わ ゆ るpH分
配仮説 に よって規定 さ
が 必 要 で あ る と考 え ら れ て い た.し か し,生 理 的pHで
タ ー に 比 べ て,広 範 な 基 質 認 識 性 を 有 す る こ と と な る(ア
イ オ ン化 し低 脂 溶 性 で あ っ て も良 好 な腸 管 吸 収 を 示 す 薬
ミ ノ 酸 の 種 類 を20種
た腎臓 に も
物 も存 在 し,こ の よ うな 薬 物 の 吸 収 に は トラ ンス ポ ー タ
ーの 関与 し て い る こ とが 推 察 さ れ て い た .し か し生 体 異
ペ プ チ ド ト ラ ン ス ポ ー タ ー が 発 現 し て お り,糸 球 体 濾 過
物 で あ る 薬 物 を積 極 的 に 体 内 に取 り込 む トラ ンス ポ ー タ
類,ト
類 と す る と,ジ
リ ベ プ チ ドは8,000種
Tomohiro
Peptide
Terada,
Ken-ichi
transporter
family
ペ プ チ ドは400種
類 と な る).ま
Inui,
京 都 大 学 医学部 附 属病 院薬 剤 部FAXO75-751-4207
蛋 白質
核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
621
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図1小
腸 上 皮 細 胞 に 発 現 す る ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー(a)と,ジ
ペ プ チ ド,ト リ ペ プ チ ドな らび に ペ プ チ ド類 似 薬 物 の 構 造
式(b)
(a)ジ ペ プチ ド、 トリペ プ チ ドやペ プ チ ド類 似 薬物 は,H+勾
配 を駆 動 力 とす るPEPT1に
よ って小 腸 管腔 か ら細 胞 内へ 取 り込 まれ る.(b)
ジペ プチ ド,ト リペ プチ ドとペ プチ ド類 似 薬物 は構 造 的 に類 似 して い る(本 文 参照).
ーが
,あ
ら か じ め 生 体 に 備 わ っ て い る と は 考 え に く く,
生 体 必 須 物 質 を輸 送 す る トラ ンス ポ ー ターが 生 理 的 基 質
と 構 造 的 に 類 似 し た 薬 物 を 誤 っ て 認 識 し細 胞 内 に 取 り 込
む と い う 可 能 性 が 提 唱 さ れ る に 至 っ た4}.
遊 離 の カ ル ボ キ シル 基 ・ア ミノ基 を有 し,ト
リペ プ チ ド
様 の構 造 を して い る.
しか し,そ の 後 の動 物 組 織 を用 い た 実 験 で は,研
間 あ る い は 誘 導 体 間 で 矛 盾 した 報 告 が な され,経
こ の よ う な 観 点 か ら,1977年,Dixonら5)は
究者
口川 ア
摘 出腸 管
ミ ノ β-ラ ク タム抗 生 物 質 が ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー ター
反 転 法 に よ っ て ア ミ ノ ペ ニ シ リ ンの 吸 収 機 構 を検 討 し
を介 して輸 送 され る か 否 か に つ い て は 依 然 混 沌 と した状
た.Dixonら
態 が 続 い た.そ の 後,薬 物 輸 送 研 究 に 膜 小 胞 系 が 導 入 さ
は ア ミ ノ ペ ニ シ リ ン の1つ
であ る シク ラシ
リ ンの 吸 収 に ア ミノ酸 トラ ン ス ポ ー ター が 関 与 して い る
れ た こ と に よ っ て,ア
こ と を 想 定 して い た が,シ
特 性 を詳 細 に解 析 す る こ とが 可 能 と な り,筆 者 らは 腎 刷
ク ラ シ リ ンの輸 送 と ア ミ ノ酸
の 輸 送 に は 相 関 が 認 め ら れ な か っ た.ま
た,小
分子ペ プ
チ ドの 腸 管 吸 収 を 研 究 し て い た グ ル ー プ に よ っ て,ト
リ
ミノ β-ラ ク タ ム 抗 生 物 質 の 輸 送
子 縁 膜 小 胞7)や小 腸 刷 子 縁 膜 小 胞8)を用 い て,ペ
トラ ンス ポ ー ター が 種 々の 経 口 用 ア ミ ノ β-ラ ク タ ム 抗
ペ プ チ ドの 輸 送 が ア ミ ノ セ フ ァ ロ ス ポ リ ン の セ フ ァ レ キ
生 物 質 の 輸 送 を 媒 介 して い る こ と を実 証 した.さ
シ ン に よ っ て 阻 害 さ れ る こ と が 見 い だ さ れ,経
膜 小 胞 系 や 培 養細 胞 系 な ど多 くのinvitro薬
口用 ア ミ
プチ ド
ら に,
物輸 送実験
ノβ-ラ ク タ ム 抗 生 物 質 が ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー に
に よ っ て,抗 癌 剤 ベ ス タチ ンや 一 部 の ア ンジ オ テ ン シ ン
よ っ て 吸 収 さ れ る 可 能 性 が 推 察 さ れ た6).図1に
変 換 酵 素(ACE)阻
う に,ア
ミ ノ β-ラ ク タ ム 抗 生 物 質 は 分 子 内 に2カ
ペ プ チ ド結 合(う ち1つ
622
示 す よ
所 の
は ラ ク タ ム 環 を 形 成 し て い る)と
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
害 剤 な ど,小 分 子 ペ プ チ ド と構 造 的
に 類 似 した 薬 物 が,ペ
プ チ ド トラ ン スポ ー ター を 介 して
輸 送 さ れ る こ とが 明 らか に な り,ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー
ター は 薬 理 学 的 に 多 様 な薬 物 の腸 管 吸 収 を媒 介 して い る
ら,両
こ とが 判 明 し た(図1)9).ま
子 縁 膜 に 局 在 し て い る こ と が 示 さ れ て い る13∼15).ま た,
た,難 吸 収 性 薬物 を ア ミ ノ
酸 で分 子 修 飾 す る こ と に よ っ てペ プチ ド トラ ンス ポ ー タ
ー の 基 質 と し,経 口 吸 収 性 を改 善 す る試 み もな さ れ て お
トラ ン ス ポ ー タ ー は 小 腸 や 腎 尿 細 管 上 皮 細 胞 の 刷
発 現 系 に よ る 機 能 解 析 に よ っ て,両
トラ ンス ポ ー ター が
経 口 用 β-ラ ク タ ム 抗 生 物 質 や 抗 癌 剤 ベ ス タ チ ン な ど の
り(後述 す る バ ラ シ ク ロ ビル な ど),ペ プチ ド トラ ンス ポ
ー ター を標 的 とす る薬 物 分 子 設 計 も近 年 注 目 をあ びつ つ
ペ プ チ ド類 似 薬 物 を 輸 送 す る こ と が 明 ら か に さ れ て い
あ る.
ま たPEPT2が
II.ペ プチ ド トラ ン ス ポ ー ター(PEPT)の
る11,12,16).多 く の 基 質 に 対 し てPEPT1が
遺伝子 ク
高 親 和 性 の
トラ ン ス ポ ー タ ー で あ
る17,18).し か し,PEPT1に
対 して高 い 親和 性 を示 す 基
質 も 存 在 す る こ と か ら,両
トラ ン ス ポ ー タ ー の 基 質 親 和
性 を 規 定 す る 構 造 的 要 因 に つ い て 精 査 し た と こ ろ,α-
ロー ニ ング
あ る い は β一ア ミ ノ カ ル ボ ニ ル 基 がPEPT2に
ペ プ チ ド ト ラ ン ス ポ ー タ ー の 分 子 的 実 体 は,1994年,
Hedigerな
ら び にLeibachら
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ロ ー ニ ン グ に よ っ て,ラ
cDNA単
り,そ
の ほ か 腎 臓 に も 発 現 が 見 ら れ る.一
し て い る こ と が 示 さ れ て 以 来,こ
膜 貫通
れ らの 臓 器 にお け る 新
た な 生 理 機 能 が 注 目 を あ び て い る12,20).こ の う ち,脳
お け るPEPT2の
に
解 析 が 比 較 的 進 展 し つ つ あ る21∼23).in
situ ハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ ョ ン を 用 い た 解 析 に よ り,PEPT
方,PEPT2
2は グ リ ア細 胞 や 脈 絡 叢 上 皮 細 胞 に発 現 し て い る こ と が
明 らか に な り,グ リア細 胞 で は シ ナ プ ス 間 隙 に放 出 さ れ
薬物 の腸管 吸収 にお い て重
た 神 経 ペ プ チ ドの分 解 産物 を取 り除 く機 構 と して 働 い て
らび にPEPT2の
い る こ と21,22),また脈 絡 叢 上 皮 細 胞 で は 脳 脊 髄 液 と血 液
疫 学 的 な解 析 か
プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー の 特 性(a)とPEPT1の
(a)ラ ッ トPEPT1な
小 腸 や 腎 臓 以 外 の 臓 器 に も発 現
・肺 ・脾 臓 な ど 多 く
要 な 役 割 を 担 っ て い る と 考 え られ る.免
図2ペ
れ て き た が,PEPT2が
もに小 腸 や 腎 臓 で解 析 が 行 な わ
腸 で は発 現 し て い な
は 腎 臓 に 最 も 多 く発 現 し て お り,脳
た が っ て,PEPT1が
吸 収 と い う 観 点 か ら,お
もに 小 腸 に発 現 して お
の 臓 器 に 発 現 が 認 め ら れ る が,小
い.し
類 の
トラ ンス ポ ー タ ー
ア ミ ノ 酸 ホ モ ロ ジ ー を 示 す 推 定12回
型 蛋 白 質 で あ る.PEPT1は,お
こ れ ま で ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー の 機 能 は ペ プ チ ド
よ びPEPT2)の
離 に 成 功 し た(図2)11,12).両
は 約50%の
が 示 唆 さ れ た19).
者 ら もま
ッ ト腎 か ら2種
ペ プ チ ド ト ラ ン ス ポ ー タ ー(PEPT1お
高 親和 性
で 認 識 され る た め の構 造 的 因 子 と して 機 能 して い る こ と
の グル ー プ に よる 発 現 ク ロ
ー ニ ン グ に よ っ て 初 め て 明 ら か に な っ た10).筆
たPCRク
低 親 和 性 の,
推 定2次
特 徴 につ い て ま とめ た.(b)ア
構 造(b)
ミ ノ酸 を 変 換 す る と輸 送 活 性 が 低 下す る こ と が 報 告 さ れ て い る ア
ミ ノ酸残 基 の 推 定2次 構 造 土 の 位置 を 示 した(本 文 参照),
蛋 白質 核 酸
酵 素Vol.46No.5(2001)
623
との 問の 小 分 子 ペ プ チ ドや 神 経 ペ プ チ ドの 移 行 に 関 与 し
の グ ル ー プ が ペ プチ ド トラ ンス ポ ー ター の 基 質 認 識 特性
て い る可 能性 が推 察 され て い る23).今 後,小
を再 評 価 した 結 果,ペ
腸 や 腎臓以
プ チ ド トラ ンス ポ ー ター の 基 質 に
外 に 発 現 す る ペ プ チ ド トラ ンス ポ ー ター の 生 理 的 意 義 や
な りう る た め の 条 件 は 以 前 考 え られ て い た ほ ど単 純 で は
薬 物 動 態 的 役 割 の 解 明 が 期 待 され る.
な い こ とが 明 らか に な っ た.す
件 の う ち,カ
基,な
リ ペ プ チ ドは,遊
離 の ア ミノ基 と カル ボ キ シル
ら び に ペ プ チ ド結 合 を 有 す る こ と か ら,当
よ
も重 要 な構 造 で あ る と考 え
ら れ て い た ペ プ チ ド結 合 を も た な く と もPEPTの
ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー の 生 理 的 基 質 で あ る ジ ペ プ
チ ド,ト
ほ ど示 した 条
ル ボ キ シ ル 基 を も た な く て もPEPTに
って 輸 送 さ れ る 化 合 物 や,最
III.ペ プチ ド トラ ンスポー ター の基 質 認 識 特性
な わ ち,先
基質
に な り うる 化 合 物 が 同 定 さ れ て きた の で あ る.以 下 で
は,ペ
プチ ド結 合 を もた ない 化 合 物 を 中 心 に,PEPTと
の 相 互 作 用 に つ い て 紹 介 す る.
初,こ
れ ら の 構 造 が ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー に 認 識 ・輸 送 さ
1.バ ラシ クロ ビル
れ る た め の 必 要 十 分 条 件 で あ る と 考 え ら れ て い た24).ジ
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ペ プ チ ド,ト
リ ペ プ チ ド以 外 で 初 め て ペ プ チ ド ト ラ ン ス
バ ラ シ ク ロ ビ ル は抗 ウ イル ス剤 ア シ ク ロ ビル の 経 口吸
ポ ー ター に よっ て 輸 送 され る こ とが 明 らか に され た ア ミ
収 性 を 改 善 す る た め に 開 発 さ れ た プ ロ ドラ ッ グ で あ り,
ノ β-ラ ク タ ム 抗 生 物 質 も,こ
ア シ ク ロ ビ ル にバ リ ン を エ ス テ ル 結 合 させ た構 造 を有 し
し て い た.し
か し,遊
れ らの 構 造 的 特 徴 を 満 た
離 の ア ミノ基 を もた な い セ フ チ ブ
テ ン や セ フ ィ キ シ ム(図3)が
ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー
て い る(図3).L-バ
リ ン とD-バ
リ ンの 違 い に よ っ て バ ラ
シ ク ロ ビ ル の 吸 収 性 が 異 な る こ と か ら,開
発 当 初 よ りバ
の 基 質 に な る こ と が 判 明 し25,26),先 ほ ど 示 し た 条 件 が 必
ラ シ ク ロ ビル の 吸 収 に は 立 体 特 異 性 を認 識 す る トラ ン ス
ず し も 必 要 で な い こ と が 示 さ れ た.
ポ ー タ ー の 関 与 が 示 唆 さ れ て い た27).そ
そ の 後PEPT1やPEPT2が
ク ロ ー ニ ン グ さ れ,多
数
の 後,Amidion
らの グ ル ー プ に よ っ て,バ ラ シ ク ロ ビ ル の 吸 収 がPEPT1
に よ って 媒 介 され る こ とが 実 証
さ れ,PEPT1は
ペ プ チ ド結 合
の 代 わ りに エ ス テ ル結 合 を有 す
る化 合 物 で も輸 送 す る こ とが 初
め て 明 ら か に な っ た28).さ
に,バ
ら
ラ シ ク ロ ビ ルの 例 を 参 考
に し て,抗
エ イ ズ 薬AZT29)や
抗 ウ イ ル ス 剤 ガ ン シ ク ロ ビ ル30)
の バ リ ンエ ス テ ル 化 に よ る経 口
吸 収 性 の 改 善 が検 討 され て い
る.バ
ラ シ ク ロ ビ ル がPEPT1
に よ っ て 輸 送 され る とい う発 見
は,PEPTの
基質認識特性 解析
に 新 た な 展 開 を もた ら し た ばか
り で な く,難
吸収性 薬物の吸収
改 善 法 と して 有 用 で あ る こ と を
示 し た 点 で,非
常 に大 き な イ ン
パ ク トを 与 え.た と 考 え ら れ る.
図3ペ
プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー に よ っ て 輸 送 さ れ る さ ま ざ ま な 化 合 物
ペ プ チ ド トラン ス ポー タ ーの 基 質 にな る た め の標 準 的条 件(遊 離 ア ミ ノ基 遊離 力ル ボ キ シル 基,
ペ プ チ ド結 合)を 満た さ な い化 合 物 をあ げ た,バ ラ シ ク ロ ビル や バ リ ン メチ ル エ ス テ ル は遊 離 の
カ ル ボキ シル 基 も もた な い.
624
蛋 白質 核 酸
酵 素Vol.46No.5(2001)
2.ω-ア
ミノ カルボ ン酸
ペ プチ ド結 合 を もた な い 化 合
物 でPEPTの
基 質になる最 も
ニ ンの ア ミ ノ基 を ア セ チ ル 化 し
た化 合 物33)があ げ ら れ る.こ れ
ら誘 導 体 とア ミノ酸 の 問 の わ ず
か な構 造 の違 い が,ど
PEPTの
の よ うに
認 識 に 関 与 して い る の
か 興 味 深 い 点 で あ る.
D-フ ェニ ル ア ラニ ンの 誘 導 体
で あ る新 規 経 口 血糖 降 下 剤 の ナ
テ グ リニ ドが,PEPTの
基質に
な るか 否 か につ い て 検 討 した と
こ ろ,ナ
テ グ リ ニ ドはPEPT
の 基 質 に は な らず,PEPTの
機
能 を非 競 合 的 に 阻害 す る薬 物 で
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あ る こ とが 判 明 した34).経 口 血
図48-ア
ミ ノ オ ク タ ン酸 と そ の 誘 導 体(a)な ら び に 経 口 用 血 糖 降 下 剤 の 構 造 式(b)
糖 降 下 剤 の グ リベ ン ク ラ ミ ド35)
(a)8-ア ミ ノオ ク タ ン 酸 と そ の 誘 導 体 の 認 識1生につ い て は本 文 参 照,(b)ナ テ グ リニ ドや グ リベ
ン ク ラ ミ ドは ペ プ チ ド トラ ンス ポ ー ター に よ って輸 送 され ず,非 競 合 的 な 阻 害 を示 す.
やACE阻
害 剤 の キ ナ プ リ ル36)
も また,PEPTの
非 競合 的 阻害
剤 で あ る こ とが 示 さ れ て い る.
極 端 な 例 は,ω-ア
ミ ノ カ ル ボ ン酸[H2N-(CH2)n-COOH]
で あ る(図3)31).nが3以
さ れ な い が,η
とPEPT1に
た,8-ア
下 で はPEPT1に
が4∼11の
よって 輸 送
よ っ て 輸 送 さ れ る こ と が 示 さ れ て い る.ま
ミ ノ オ ク タ ン 酸 の 誘 導 体 と し て,カ
に ア ミノ基 の な い オ ク タ
る い は カ ル ボ キ シ ル 基 と ア ミノ基 が 同一 の 炭 素
よ っ て 輸 送 さ れ な い こ と も 示 さ れ て い る(図4).こ
れ ら
基 質 に な る た め に は,ペ
合 は 必 須 で は な く,む
し ろ遊 離 の ア ミノ基 と カ ル ボ キ シ
プ チ ド結
切 な距 離 をお い て 存 在 して い る こ とが 重 要 で
以 上 述 べ て き た よ うに,PEPTは
ペ プ チ ド性 あ る い は
非 ペ プ チ ド性 化 合 物 な ど多様 な化 合 物 を輸 送 し う る こ と
見 つ か れ ば,PEPTに
認 識 され る た め の 最 小 基 本 構 造 が
判 明 す る わ け で あ るが,残 念 な が ら各 化 合 物 間 で 共 通 構
造 を 見 い だ す こ と はで き て い な い.た
と え ば,ω-ア
ミ
ノ カ ル ボ ン酸 で 示 唆 され て い る,遊 離 の ア ミノ基 と カ ル
件 は,遊
3.そ の他の 化合 物
離 の ア ミノ基 を もた な い アニ オ ン型 セ フ ァ ロ ス
ポ リ ンや,遊 離 の カ ル ボ キ シ ル基 を も た な い バ ラ シ ク ロ
ペ プ チ ド結 合 の 代 わ り に ケ ト メ チ レ ン 基 を 有 す る δア ミ ノ レ ブ リ ン 酸(図3)が,PEPTを
こ と が 明 ら か に さ れ て い る2ω.δ
ポ ル フ ィ リ ン の 前 駆 物 質 で あ り,癌
介 して輸 送 さ れ る
一ア ミ ノ レ ブ リ ン 酸 は
の 光 線 力 学 的治 療 法
の 内 因 性 光 感 受 性 物 質 と し て 注 目 さ れ て い る.
さ れ て い る.た
基質 に なる ため の基 本構 造 は?
ボ キ シ ル 基 が 適 切 な 距 離 をお い て 存 在 して い る とい う 条
あ る と 示 唆 さ れ た.
そ の 誘 導 体 がPEPTに
IV.PEPTの
が 明 らか に され て い る.そ れ ら化 合 物 問 で 共 通 の 構 造 が
の 結 果 か ら,PEPTの
ア ミ ノ 酸 はPEPTが
た.
ル ボキ シル
に 結 合 し て い る2一 ア ミ ノ オ ク タ ン 酸 な ど は,PEPTIに
ル 基 が,適
ナ テ グ リ ニ ド と グ リ ベ ン ク ラ ミ ドの 構 造 式 を 示 し
ω-ア ミ ノ カ ル ボ ン 酸 に な る
基 の な い オ ク チ ル ア ミ ン や,逆
ン酸,あ
図4に
ビル に は 当 て は ま らな い.逆
に ナ テ グ リ ニ ドの よ う に ジ
ペ プ チ ド様構 造 を して い て も,基 質 に は な ら ない 化 合 物
も存 在 す る.し
た が っ てPEPTの
要 十 分 条 件 は 一 義 的 に決 ま らず,複
こ と に な る.し か し,ア
基 質 にな る た めの 必
数の条件 が存在 す る
ミノ酸 な らび に テ トラペ プ チ ド
認 識 す る 基 質 に は な ら な い が,
以 上 の オ リ ゴペ プ チ ドはPEPTの
よ っ て 輸 送 され る 可 能 性 が 示 唆
か ら,分 子 サ イ ズ に よ る セ レ ク シ ョ ンは あ る程 度 厳 密 に
と え ば,バ
リ ンの カル ボ キ シル 基 を メチ
ル 基 で エ ス テ ル 化 し た 化 合 物(図3)32)や,フ
ェニル アラ
基 質 に な らない こ と
機 能 して い る こ とが 推 察 さ れ る.PEPTの
基質 にな るた
め の 構 造 的 条 件 が 一 義 的 に 決 ま ら な い と い う こ とが,
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.46No.5(2001)
625
PEPTの
膜 貫 通 領 域1∼9の
多 選 択 性 を規 定 して い る 一 因 か も しれ な い.
間43),7∼9の
問44),1∼6の
問45)に 基
質 認 識 領 域 の 存 在 す る こ と が 示 唆 さ れ て い る.各
よ っ て 結 果 が 異 な る こ と か ら,さ
V.ペ プチ ド トラ ンスポ ータ ーの構 造 ・機能 相 関
報告に
ら に詳 細 な解 析 が 期待
さ れ る.
ペ プチ ド トラ ン スポ ー タ ー は 分 子 レベ ル で の 研 究 の歴
史 が 浅 い た め,基
質結合 部位 あ る い は輸 送 制 御 部位 な
VI.側 底膜 型ペ プ チ ドトラ ンス ポー ター
ど,輸 送 の分 子 機 序 に 関 す る基 礎 的 事 項 は未 解 決 の 部 分
が 多 い.し か し,散 発 的 で はあ るが,部
入 法 やPEPT1/PEPT2の
位特 異 的変異導
キ メ ラ構 築 に よ っ て,ペ
薬 物 の 腸 管 吸 収 は経 上 皮 細 胞 的 な輸 送 過 程 で あ り,刷
プチ
子 縁 膜 な らび に側 底 膜 とい う2つ の 異 な る 膜 輸 送 に よ っ
ド トラ ンス ポ ー ター の構 造 ・機 能 相 関 に 関 す る 情 報 が 集
て制 御 され て い る.こ れ まで 述 べ て きた よ う に,ペ プチ
ド類 似 薬 物 の 刷 子 縁 膜 輸 送 はPEPT1に
積 しつ つ あ る.
て い るが,PEPT1に
1.部 位特異的変異体を用いた解析
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こ れ ま で,H+勾
ー ター に お い て
ス チ ジ ン残 基 が 機 能 的 に 重 要 な 役 割
を 果 た し て い る こ と が 示 唆 さ れ て き た.H+勾
力 と す るPEPTに
お い て も,ヒ
よって 輸送 され る薬 物 の物理 化学
的 性 質 を 考慮 す る と,側 底 膜 に も トラ ン ス ポ ー ター の 存
配 と共 役 す る さ ま ざ ま な トラ ン ス ポ
,ヒ
よ っ て媒 介 され
配 を駆 動
ス チ ジ ン残 基 が 輸 送 機
能 に 必 須 で あ る か ど う か を 検 討 す る た め,保
存性 ヒスチ
在 を仮 定 しな け れ ば,薬 物 の 腸 管 吸 収 は 達 成 され ない.
この よ う な観 点 か ら,筆 者 らは ヒ ト培 養 腸 上 皮細 胞Caco
2を 用 い て,ペ
プ チ ド類 似 薬 物 の 側 底 膜 を 介 した輸 送 特
性 に つ い て 検 討 を 加 え て き た46∼48).そ の 結 果,小 腸 上
皮細 胞 の 側 底 膜 に はPEPT1と
異 な る ペ プ チ ド トラ ンス
ジ ン残 基 の部 位 特 異 的 変 異 体 の構 築 と機 能 解 析 が な され
ポ ー ター が 発 現 して い る こ とが 判 明 した.両
た.そ
目の 推 定 膜 貫 通 領 域 に
ー ター は類 似 の基 質特 異 性 を 有 して い る が ,そ の 機 能特
送 機 能 に必 須 で あ る こ と
性 は そ れ ぞ れ 異 な っ て お り,そ の 輸 送 様 式 や 親和 性 の 関
の 結 果,第2お
よ び 第4番
存 在 す る ヒ ス チ ジ ン 残 基 が,輸
が 示 さ れ た37∼39).電 気 生 理 学 的 手 法 や ヒ ス チ ジ ン 修 飾
係 は 小腸 上 皮 細 胞 に 発 現 す る2種
試 薬diethylpyrocarbonateを
ポ ー ターSGLT1とGLUT2の
ヒ ス チ ジ ン 残 基 は,駆
用 い た 検 討 か ら,こ
動 力 で あ るH+の
な わ ち,PEPT1はH+勾
配を
トラ ンス ポ ー ター で あ るの に 対 して,側 底 膜 型 ペ プ チ ド
み)と
して
所 の チ ロ シ ン残
ら に側 底 膜 型 ペ
プチ ド トラ ンス ポ ー ター の ほ うがPEPT1よ
性 で あ る.PEPT1に
り も低 親 和
よ っ て 濃 縮 的 に取 り込 まれ た 高 濃
通 領
度 の 基 質 を細 胞 内 か ら血 管 側 へ 排 出す る た め に,エ ネ ル
貫通 領域 の グ ル タ
ギ ー 非 依 存 的 に,か つ 高 濃 度 域 に お い て も飽 和 しに くい
貫 通 領 域 の チ ロ シ ン 残 基41),第7膜;貫
域 の ト リ プ ト フ ァ ン 残 基42)と 第10膜
トラ ンス ポ ー ター は濃 度 勾 配 に 従 っ た 輸 送 を媒 介 す る促
進 拡 散 型 の トラ ンス ポ ー タ ー で あ る.さ
ま だ 明 確 な 解 答 は 得 ら れ て い な い.
貫 通 領 域 に 存 在 す る2カ
基39),第5膜
類 似 して い る(図5)49).す
利 用 し,濃 度 勾 配 に逆 ら っ た 輸 送 を 行 な う能 動 輸 送 型 の
そ の ほ か 現 在 得 ら れ て い る 情 報(PEPT1の
は,第2膜
問 に 見 い だ され る 関 係 と
質 の α-
チ ド結 合 の 認 識 部 位33)と し て 機 能 し て い る こ と が 示 唆 さ
れ て い る が,い
の グ ル コ ー ス トラ ンス
離 カ ル ボ キ シ ル基 ま た は ペ プ
性 ジ ペ プ チ ド側 鎖 へ の プ ロ ト ン 供 給 残 基39),基
ア ミ ノ 基 の 結 合 部 位40),遊
れ ら
結 合 部 位39),酸
トラ ンス ポ
れ ら
低 親 和 性 の トラ ンス ポ ー タ ーが 側 底 膜 に局 在 して い る こ
の ア ミ ノ 酸 残 基 が ペ プ チ ド輸 送 活 性 に 対 し て 少 な く と も
と は,経 上 皮 輸 送 を営 む う え で 効 率 的 な シ ス テ ムが 構 築
何 ら か の 役 割 を 果 た し て い る と 考 え ら れ て い る.図2に
され て い る とい え るで あ ろ う.
ミ ン 酸 残 基42)の 変 異 で 輸 送 活 性 が 消 失 す る た め,こ
最 近,筆 者 らは 腎 臓 の遠 位 尿 細 管 ま た は 集 合 管 の モ デ
こ れ ら の ア ミ ノ 酸 残 基 の 位 置 を 示 し た.
ル 細 胞 で あ るMDCKを
2.PEPT1/PEPT2キ
メラを 用い た解 析
PEPT1とPEPT2の
問 で は,基
のpHプ
ロ フ ァ イ ルが 異 な る こ とか ら,こ れ らの 機 能 的
キ メ ラ構 築 に 基
づ く基 質 認 識 領 域 の検 索 が 行 な われ た.そ
626
蛋 白質
核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
フ ロ ン下 部 に発 現 す
る腎 側 底 膜 型 ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー ター の 機 能 解 析 を行
質 親 和性 や 基 質輸 送
相 違 点 を 指 標 に してPEPT1/PEPT2の
用 い て,ネ
の 結 果,推
定
なっ た50).そ の 結 果,腎
側 底 膜 型 ペ プ チ ド トラ ンス ポ ー
ター は,小 腸 側 底 膜 型 ペ プ チ ド トラ ンス ポ ー ター に 比 べ
て 高 親 和 性 で あ り,そ の 取 込 み 方 向 は細 胞 外 か ら細 胞 内
へ 輸 送 す る特 性 を 有 し て い た.し
た が っ て,側
底膜型ぺ
図5小
腸 上 皮 細 胞 の 刷子 縁 膜 お よ
び 側 底 膜 に 局 在 す る ペ プ チ ドお よ び
グ ル コ ー ス トラ ン ス ポ ー タ ー の 機 能
特性
刷 子 縁 膜 に は イ オ ン勾 配 を 駆動 力 と する
能 動 輸 送 系 の トラ ン ス ポ ー タ ー(PEPT
1,SGLT1)が
発 現 し,基 質 の 濃 縮 的 な
取 込 み を媒 介 して い る.細 胞 内 に取 り込
ま れ た 高濃 度 の基 質 は,濃 度 勾 配 に従 っ
た 輸送 を行 な う促 進 拡 散 系の トラ ンス ポ
ー タ ー(側 底 膜 型 ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー
ター,GLUT2)に
よ って 血 管側 へ 輸送 さ
れ る.側 底 膜 に局 在 す る トランス ポ ー タ
ーは
,細 胞 内 高 濃 度 の 基質 によ って 飽和
しに くい 低 親 和 性型 の トラ ンスポ ー ター
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であ る.
プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー に は,少
な く と も2種
類の ア イ
ソ フ ォ ー ム の 存 在 す る こ と が 見 い だ さ れ た が,こ
れ ら側
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本 稿 で は,栄 養 物 質 トラ ンス ポ ー ター で あ るペ プ チ ド
トラ ン ス ポ ー タ ー フ ァ ミ リー の 薬 物 トラ ンス ポ ー ター と
して の 側 面 に つ い て,そ の薬 物 動 態 学 的 発 見 の 経 緯 か ら
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7)
説 した.本 特 集 で 紹 介 され て い る他 の 薬 物 トラ ンス ポ ー
10)
機 能 特 性 は 非 常 に ユ ニ ー クで あ る.こ の よ う なペ プ チ ド
有 用 性 は きわ め て 高 い と考 え られ る.今 後,ペ
プチ ド ト
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ター が,お
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底 膜 型 ペ プ チ ド トラ ン ス ポ ー タ ー の 分 子 的 実 体 は い ま だ
明 ら か で な い.
Ganapathy,
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同 助 教 授,'90年
東京 医科歯 科大学 医学 部 附属 病
院 教 授 ・薬 剤 部 長 を 経 て,「94年 よ り京 都 大 学 医 学 部 附 属 病
院 教 授 ・薬 剤 部 長.研
究 テ ー マ:薬 物 生 体 膜 輸 送 の 分 子 ・
細 胞 生 物 学 的 研 究,薬 物 の 生 体 内 動 態 と 薬 効 ・毒 性,