グリコシルホスファチジルイノシトール

グリコシルホスファチジルイノシトール（GPI）アンカーとは

グリコシルホスファチジルイノシトール（Glycosylphosphatidylinositol、略称GPI）アンカーは、タンパク質の翻訳後修飾として、C末端に付加される糖脂質です。GPIアンカーを持つタンパク質は、酵素、受容体、免疫系タンパク質、認識抗原など、多岐にわたる生物学的プロセスに関与しています。

GPIアンカーの機能

GPIアンカーは、タンパク質を細胞膜に固定する役割を担います。GPIアンカーを持つタンパク質は、小胞体（ER）へ輸送され、そこで疎水性のC末端がER膜に結合します。その後、C末端配列が切断され、GPIアンカーに置き換えられます。タンパク質は分泌経路を介してゴルジ体、そして最終的に細胞膜へと運ばれます。細胞膜では、GPIアンカーによって細胞膜の外側に固定されます。

GPIアンカーによる膜への固定は、これらのタンパク質が膜に結合するための唯一の手段です。そのため、ホスホリパーゼによるGPI基の切断は、膜からのタンパク質の制御された放出を可能にします。この機構は、特にin vitroの実験、例えば酵素アッセイなどで利用されます。

GPIアンカーの構造

GPIアンカーは、ホスファチジルイノシトールに、N-アセチルグルコサミンと3つのマンノース残基が直鎖状に結合した構造をしています。非還元末端のマンノースには、ホスホエタノールアミンが結合し、そのアミノ基にタンパク質のC末端がアミド結合します。このコア構造に、タンパク質の種類に応じて様々な糖が結合します。また、ホスファチジルイノシトールの脂肪酸残基にも多様な種類が存在します。

GPIアンカーを介して細胞膜に固定されたタンパク質は、糖タンパク質と同様に細胞膜の外面に位置します。これは、GPIアンカーがゴルジ体から分泌小胞の内膜に存在し、その小胞が細胞膜と融合する際に、小胞の内膜が細胞膜の外面になるためです。

GPIアンカーに結合する前のタンパク質は、C末端側に疎水性アミノ酸残基（シグナルペプチド）を持っており、GPIアンカーと結合する際にこの部分は除去されます。

GPIアンカーの生合成

GPIアンカーの生合成は、小胞体で始まり、タンパク質との結合も小胞体で行われます。この過程で、タンパク質は膜融合によって細胞膜の外側を向くようになります。

GPIアンカーの切断

GPIアンカーに結合したタンパク質は、ホスファチジルイノシトール特異的なホスホリパーゼによって処理されると、細胞膜から切断されます。特にホスホリパーゼC（PLC）は、GPIアンカー化されたタンパク質に含まれるホスホグリセロール結合を切断する酵素として知られています。PLCによる処理は、細胞外膜からのGPI結合タンパク質の遊離を引き起こします。

T細胞マーカーであるThy-1やアセチルコリンエステラーゼ、アルカリホスファターゼなどがGPI結合型タンパク質の例として挙げられ、これらのタンパク質はPLC処理によって細胞膜から遊離されます。

GPIアンカーと脂質ラフト

GPI結合型タンパク質は、細胞膜の脂質ラフトに優先的に局在すると考えられています。これは、原形質膜の微小領域における高度な秩序を示すものです。

GPIアンカーの異常と関連疾患

GPIアンカーの異常は、いくつかの疾患を引き起こすことが知られています。

発作性夜間血色素尿症：GPIアンカーの生合成に関わる遺伝子の変異により、赤血球表面のGPIアンカー型タンパク質が欠損することで、溶血を引き起こす疾患です。
先天性GPI欠損症（IGD）：GPIアンカーの生合成に関わる複数の遺伝子の変異により、多岐にわたる症状を引き起こす疾患群です。

参考資料

『ヴォート生化学』、（上下）、第3版、田宮信雄訳、東京化学同人、2005年、313,673-674頁
木下 タロウ (2014). “グリコシル[ホスファチジルイノシトール]アンカー型タンパク質の生化学”. 生化学 86 (5).

関連項目

* シグナルペプチド

もう一度検索