生化学 SEIKAGAKU
Journal of Japanese Biochemical Society

Nudix hydrolase（NUDX）はヌクレオシド二リン酸類縁体（nucleoside diphosphate linked some other moiety X：NDP-X）に対して加水分解（ピロホスホヒドロラーゼ）活性を持つタンパク質ファミリーの総称であり，ウイルスからヒトに至る300種以上の生物に，2500を超える遺伝子が存在する^{1, 2）}

• 1) Yoshimura, K. & Shigeoka, S. (2015) Biosci. Biotechnol. Biochem., 79, 354–366.
• 2) McLennan, A.G. (2006) Cell. Mol. Life Sci., 63, 123–143.

そこで本稿では，これまでに植物の中で最も研究が進んでいるシロイヌナズナNUDX（AtNUDX）の生理機能を概説するとともに，筆者らが最近明らかにしたGDP-D-マンノース加水分解活性を有するAtNUDX9によるタンパク質N-グリコシル化の制御を介したアンモニア応答およびNADH加水分解活性を有するAtNUDX6と7によるストレス応答／防御機構の制御について紹介する．

NUDXに関する研究は初期には好熱性細菌や大腸菌などの原核微生物から始まり，その後ヒトを含めた動物に拡がっていった^{1, 2）}

• 1) Yoshimura, K. & Shigeoka, S. (2015) Biosci. Biotechnol. Biochem., 79, 354–366.
• 2) McLennan, A.G. (2006) Cell. Mol. Life Sci., 63, 123–143.

シロイヌナズナには細胞内局在性が異なるNUDX（細胞質：AtNUDX1-11, 25およびAtDCP2，ミトコンドリア：AtNUDX12～18，葉緑体：AtNUDX19～24および27）が合計28種類存在する^1）

• 1) Yoshimura, K. & Shigeoka, S. (2015) Biosci. Biotechnol. Biochem., 79, 354–366.

これら一連の研究を通して，当該の植物NUDXの機能のみならず，これまであまり注目されていなかった有用生体分子の分解系の存在やそれらによる生合成能の制御の重要性が明確になってきている．

最近筆者らは，28種類のAtNUDXの中から，細胞質型AtNUDX9がGDP-D-マンノースに対して特異的に加水分解活性を有することを明らかにした^13）

• 13) Tanaka, H., Maruta, T., Ogawa, T., Tanabe, N., Tamoi, M., Yoshimura, K., & Shigeoka, S. (2015) J. Exp. Bot., 66, 5797–5808.

図1 AtNUDX9による細胞内GDP-D-マンノースレベルの制御

AtNUDX9はGMP/VTC1と共役して細胞内GDP-D-マンノースレベルの制御に機能し，タンパク質のN-グリコシル化などの調節に関与する．GPI：グリコシルホスファチジルイノシトール．

そこで，シロイヌナズナ野生株およびAtNUDX9遺伝子破壊株（KO-nudx9）の各器官におけるAtNUDX9の発現やGDP-D-マンノース加水分解活性を比較した結果，どちらも野生株の根で最も高かったことから，GDP-D-マンノース代謝の根での重要性が示唆された．また，AtNUDX9遺伝子破壊株（KO-nudx9）の総GDP-D-マンノース加水分解活性の減少率から，AtNUDX9がシロイヌナズナにおけるGDP-D-マンノース加水分解活性の大部分（約70％）を占めることが明らかになった．これまでにGDP-D-マンノース合成反応を触媒するGMP/VTC1の変異体（vtc1-1）をNH₄^＋を含む培地で培養した場合，タンパク質の重要な修飾過程であるN-グリコシル化が抑制され，その結果として根の伸長阻害が亢進することが報告されている．しかし，同様のNH₄^＋に対する感受性の変化はvtc1-1以外のAsA欠乏変異体では認められないことから，このNH₄^＋感受性には細胞内AsAレベルではなく，GDP-D-マンノースレベルの変化が重要であることが示唆されている^14）

• 14) Barth, C., Gouzd, Z.A., Steele, H.P., & Imperio, R.M. (2010) J. Exp. Bot., 61, 379–394.

NAD（P）Hなどのピリジンヌクレオチドは生物界に普遍的に存在し，エネルギー代謝を含めた多岐にわたる経路での酸化還元反応に関与しているため，細胞内レドックスバランスに大きな影響を及ぼしている．上述したように，これまでに筆者らは細胞質型AtNUDX6および7の恒常的な過剰発現株や遺伝子破壊株におけるNADH加水分解活性や細胞内NADH量，および種々のストレスに対する応答性を解析した結果，AtNUDX6および7はどちらもNADHに対して加水分解活性を有するが，まったく異なる細胞応答の制御に機能していることを示してきた（図2

• 図2 AtNUDX6および7による生物的／非生物的ストレス応答の制御

図2 AtNUDX6および7による生物的／非生物的ストレス応答の制御

AtNUDX6および7による細胞内NADHレベルの変化はPARの制御，NRGおよびRRGの発現制御を介して種々のストレス応答に関与する．一方，サリチル酸（SA）レベルの調節およびNPR1依存的生物的ストレス応答の制御には，AtNUDX6および7タンパク質自身の存在，もしくは他の因子との相互作用が関与する．

さらに筆者らはKO-nudx6, KO-nudx7株および両遺伝子の二重破壊株（WKO-nudx6/7）のトランスクリプトーム解析により，細胞内NADHレベルと相関して発現量が変化する遺伝子（NADH-responsive gene：NRG）を多数同定した．NRGは既報のグルタチオンおよびペルオキシソーム由来H₂O₂応答性遺伝子とまったく重複しておらず，葉緑体由来H₂O₂，一重項酸素，オゾンおよびAsA応答性遺伝子とはわずかに（約12～32％）重複していた．このことから，細胞内NADHレベルの変化は他のレドックスシグナルとは異なる経路を構成し，ストレス応答に関与していると考えられた．また，NRGの中で葉緑体由来H₂O₂，一重項酸素，オゾンおよびAsA応答性遺伝子すべてに重複していた遺伝子は6個存在しており（redox responsive-gene：RRG），それらは植物細胞内のレドックス応答のコアである可能性が考えられた^16）

• 16) Ogawa, T., Muramoto, K., Takada, R., Nakagawa, S., Shigeoka, S., & Yoshimura, K. (2016) Plant Cell Physiol., 57, 1295–1308.

植物が多数のNUDX相同遺伝子を保有している事実から，移動の自由を持たない植物が生存戦略として，進化の過程でNUDXを独自に発達させることで種々の生体分子の分解経路を巧みに利用してきたと考えられる．実際に，AtNUDXの研究を通して本酵素ファミリーの多様な生理機能が明らかになり，長らく不明であった他の生物種のNUDXの機能解析にも重要な知見を与えてきた．しかし，いまだ基質や生理機能が未同定のAtNUDXが多数存在する．さらに上述のようにNUDXの加水分解酵素としてだけではなく，他のタンパク質との相互作用などを介した新たな機能も示唆されている．今後NUDX自身の機能だけでなく，相互作用因子の探索やその機能解析を進めることで，NUDXを介した未知なる代謝経路や生存戦略の理解の進展につながることが期待される．