EGF様ドメイン

EGF様ドメイン（EGF-like domain）は、進化の過程で高度に保存されてきたタンパク質の一部（ドメイン）です。その名称は、このドメインが最初に確認されたタンパク質である上皮成長因子（EGF）に由来します。

このドメインは、通常30から40個程度のアミノ酸残基で構成されており、非常に多くのタンパク質に見られます。特に動物のタンパク質に豊富で、多くは細胞膜に結合したタンパク質の細胞外部分や、細胞から分泌されるタンパク質に含まれます。ただし、例外的に細胞内に存在するシクロオキシゲナーゼのようなタンパク質にも見られることがあります。

EGF様ドメインの基本的な構造は、N末端側の主要なβシートと、それに続くループ、さらにC末端側の短いマイナーβシートから成り立っています。このドメインは6つのシステイン残基を含んでおり、これらのシステインが形成するジスルフィド結合が構造の安定化に寄与します。上皮成長因子では3つのジスルフィド結合が確認されていますが、ラミニンやインテグリンなど、4つのジスルフィド結合を持つ構造も存在します。

多くのタンパク質では、EGF様ドメインがタンパク質内に複数回、連続して（タンデムに）繰り返されて存在しています。これらの繰り返し配列は、しばしば互いに協調して折り畳まれ、「ソレノイド型」と呼ばれるドメインブロックを形成し、これが機能的な単位として働きます。

サブタイプ

EGF様ドメインは全体的に類似していますが、いくつかの明確なサブタイプが存在します。主要なものとして、hEGFドメイン（ヒトEGF様）とcEGFドメイン（補体C1r様）の二つが提案されています。cEGFドメインは、ヒト補体系の重要なセリンプロテアーゼであるC1rで初めて見出されました。C1rは免疫応答の古典経路を開始する、非常に特異的な酵素です。

hEGFとcEGFはどちらも3つのジスルフィド結合を持っていますが、これらは元々4つのジスルフィド結合を持っていた共通の祖先から、それぞれ異なるシステイン残基を失うことで進化したと考えられています。このため、両者ではジスルフィド結合の連結パターンが異なります。また、マイナーβシートの形状や向き、C末端近くの特定のシステイン（半シスチン）の位置も異なっています。cEGFドメインはさらに二つのサブタイプ（1と2）に細分化されますが、hEGFドメインは一つのサブタイプに属します。N末端にあるカルシウム結合モチーフは両方のサブタイプに見られるため、これらの区別には利用できません。

翻訳後修飾

hEGFドメインとcEGFドメインは、翻訳された後に特定の化学修飾を受けることがあります。これらの修飾はしばしば特殊で、サブタイプ間でも異なる特徴を示します。代表的な修飾として、O-グリコシル化（主にO-フコース修飾）や、アスパラギン酸およびアスパラギン残基のβ-ヒドロキシル化があります。O-フコース修飾は主にhEGFドメインに見られ、その適切な構造形成に重要です。β-ヒドロキシル化は両方のサブタイプに見られますが、hEGFではアスパラギン酸が、cEGFではアスパラギンがそれぞれ修飾されます。これらの翻訳後修飾の生物学的な役割は完全には解明されていませんが、β-ヒドロキシル化酵素を欠損させたマウスで発生異常が見られることから、重要な機能を持つことが示唆されています。

機能に関わるタンパク質

EGF様ドメインを含むタンパク質は非常に多様です。NotchやDeltaのように細胞の増殖や発生に関わる多くのタンパク質はhEGF型ドメインを含みます。一方、トロンボモジュリンやLDL受容体はcEGF型ドメインを持ちます。フィブリリンやLTBP1のように、hEGFとcEGFの両方を含むタンパク質もあり、これらは主に細胞外マトリックスの構成要素や血液凝固に関連しています。

hEGFとcEGFは構造だけでなく機能も異なります。例えば、細胞外マトリックスにTGF-βを固定するLTBP1では、hEGFドメインがTGF-βをマトリックスへ誘導する役割を担います。マトリックスに結合するとTGF-βはhEGFから分離し、活性化されます。cEGFドメインもこの活性化に不明ながら関与し、LTBP1の切断を促進すると考えられています。

免疫系とアポトーシスでの役割

セレクチンは炎症部位への白血球の移動（ローリング）に関わる重要なタンパク質群で、EGF様ドメインを含んでいます。セレクチンの種類によってEGF様ドメインの役割は異なり、L-セレクチンでは細胞接着能力に必須ではありませんが、P-セレクチンではリガンド認識や接着、タンパク質間相互作用に関与する可能性があります。これらの相互作用はカルシウム依存的であることが示唆されています。

ヒトの未成熟な樹状細胞の成熟には、セレクチンのEGF様ドメインとの相互作用が必要と考えられており、この相互作用を阻害すると樹状細胞の成熟が妨げられます。これにより、T細胞の活性化能力が低下し、インターロイキン-12の産生量も減少します。

また、EGF様ドメインへの糖鎖付加（N-グリコシル化）部位を人為的に導入すると、セレクチンとリガンドの結合力が強まり、白血球のローリング速度が遅くなることが報告されています。このことから、EGF様ドメインが炎症部位への白血球の移動に重要な役割を果たしていることがわかります。

EGF様ドメインは、細胞外マトリックスの主要成分であるラミニンにも含まれます。ラミニンのEGF様ドメインは通常、他の膜によって隠されていますが、炎症などで膜が破壊されると露出します。これにより膜の成長が促され、損傷部位の修復を助けます。

さらに、スタビリン2に含まれるEGF様ドメインの繰り返し配列は、アポトーシス（プログラム細胞死）を起こした細胞を特異的に認識して結合します。これは、アポトーシス細胞が表面に出す「eat me」シグナルとされるホスファチジルセリンなどを認識している可能性があり、マクロファージによるアポトーシス細胞の取り込みを競合的に阻害することが示されています。

カルシウム結合性EGF様ドメイン (cbEGF)

カルシウム結合性EGF様ドメイン（cbEGFドメイン）は、細胞外に最も豊富に存在するカルシウム結合ドメインの一つであり、マルファン症候群や血友病Bなどの疾患にも深く関与しています。特に血液凝固に関わる多くのタンパク質（第VII、IX、X因子、プロテインC、プロテインSなど）に重要な機能を与えています。

cbEGFドメインは典型的には約45アミノ酸からなり、2つの逆平行βシート構造をとります。他のEGF様ドメインと同様にジスルフィド結合を持ちますが、その名の通り、1つのカルシウムイオンを結合する能力を持つことが特徴です。カルシウム結合の親和性はタンパク質の種類や隣接するドメインによって異なります。

カルシウム結合に関わる特徴的な配列モチーフはAsp-Leu/Ile-Asp-Gln-Cysであり、特定の翻訳後修飾と強く関連しています。特に、アスパラギンまたはアスパラギン酸がβ-ヒドロキシル化を受け、エリスロ-β-ヒドロキシアスパラギン（Hyn）またはエリスロ-β-ヒドロキシアスパラギン酸（Hya）が生成されます。これらの修飾はジオキシゲナーゼによって触媒され、真核生物のEGFドメインに特有です。Hyaは特定の血液凝固因子のN末端cbEGFモジュールに見られ、Hynはフィブリリン1などの細胞外マトリックスタンパク質に広く見られます。

さらに、cbEGFドメインにはO-結合型糖鎖によるグリコシル化も見られることがあります。

複数のcbEGFドメインが1〜2アミノ酸で連結された「cbEGFモジュール」として存在することも多く、血液凝固因子では2つ、プロテインSでは4つ、フィブリリンでは最大43個のモジュールが見られます。血液凝固因子では、これらのcbEGFモジュールのN末端にγ-カルボキシグルタミン酸（Gla）を含むGlaモジュールが先行することがあります。

研究により、Glaモジュールの存在がcbEGFモジュールのカルシウム結合親和性を大幅に高めることが示されています。カルシウムが存在しない場合、GlaモジュールとEGFモジュールは柔軟に動きますが、cbEGFモジュールがカルシウムと結合すると、新たな構造をとり、隣接するGlaモジュールを固定します。このように、カルシウムの結合はドメインの構造変化を誘導し、酵素活性などの機能を調節していると考えられています。

疾患との関連

cbEGFドメインにおけるカルシウム結合の欠陥は、重篤な疾患を引き起こす可能性があります。例えば、血液凝固第IX因子へのカルシウム結合障害は血友病Bの一因となります。この遺伝性疾患では出血しやすく、生命にかかわる事態を招くことがあります。血友病Bは第IX因子の活性低下または欠乏によるもので、カルシウム親和性を低下させる点変異がこの出血性疾患に関連することが分かっています。これは、カルシウム結合によるGlaモジュールの適切な配置が損なわれるためと考えられます。同様に、cbEGFモジュール間の相互作用を妨げる変異も、血液凝固因子の機能に影響を与えます。このように、カルシウム結合によって促進されるドメイン間の相互作用は、血液凝固カスケードに関わるタンパク質の触媒活性に極めて重要です。

出典

（元の情報源に基づく）

EGF様ドメイン