国立感染症研究所

II.スフィンゴ脂質について

 

1.スフィンゴ脂質の化学構造と生物界での分布

 

スフィンゴ脂質sphingolipidとは、スフィンゴイド塩基sphingoid baseとよばれる長鎖アミノアルコールlong-chain amino alcoholを骨格としてもつ一群の脂質です(図1)[1-4]。哺乳動物細胞におけるスフィンゴ脂質のスフィンゴイド塩基は、主にスフィンゴシンsphingosineであり、そのアミノ基にアシル基がアミド結合するとセラミドとなり、そして、セラミドにさまざまな親水性の頭部が結合して複合スフィンゴ脂質complex sphingolipids (分子中にリン、イオウ、アミノ酸、糖などを含むスフィンゴ脂質)となります(図1)。

 

 

図1

 SBandSLpath161018

スフィンゴ脂質の基本骨格である長鎖アミノアルコール構造をスフィンゴシンと命名したのは、この脂質群を最初に発見したドイツの医生化学者Johann L. W. Thudichum 1829-1901)です。Thudichum(英語圏の人はスディヒャムもしくはツディヒャムと発音しているようです)は、臓器から溶媒抽出しにくい性質をもったこの不思議な脂質群を、「謎」を意味するSphinxもしくは「固く結合する」を意味するsphingeinにちなんで命名したといわれております(参考図書:山川民夫『糖脂質物語』、講談社学術文庫)。

スフィンゴ脂質の命名に関する追加情報とSphinxについては本章の末尾(次ページ)に余談をつけています。

 

セラミドにホスホコリンphoshocholineがエステル結合したリン脂質は、スフィンゴミエリンsphingomyelinとよばれ、哺乳動物細胞の総リン脂質の5-10%を占めています。下等動物では、ホスホコリンではなくホスホエタノールアミンphosphoethanolamineやホスホノエタノールアミンphosphonoethanolamine(生物界では珍しいC-P結合がある!)がセラミドにエステル結合したスフィンゴリン脂質がしばしばみられます(図2)[5, 6]。酵母やカビおよび植物は、スフィンゴミエリンをもちませんが、高等動物ではみられないホスホイノシトール含有スフィンゴ脂質phosphoinositol-containing sphingolipidsをもちます(図2)[7-10]

 

 

図2

 

糖のついたスフィンゴ脂質(スフィンゴ糖脂質glycosphingolipids)もまた生物界に広く存在しています[5, 11]。糖鎖部分の構造はとても多様性に富んでおり、おなじ生物個体のなかでさえスフィンゴ糖脂質の発現パターンは、細胞の種類によってかなりちがいます[12-14]

 

細菌には、例外的な細菌をのぞいてスフィンゴ脂質はありません。スフィンゴモナスSphingomonas属の細菌はグラム陰性細菌でありながらリポ多糖がなく、その代わりにスフィンゴ糖脂質を表面構成因子としてもっております[15]。スフィンゴバクテリウムSphingobacterium属からはホスホイノシトール含有スフィンゴ脂質がみつかっていますし[16]、歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalisもスフィンゴ脂質を合成できる例外的な細菌です[17]。また、動物細胞内に寄生して増殖するクラミジアChlamydia菌は宿主細胞のつくるスフィンゴ脂質を菌の増殖に利用しています[18]

 

グリセロールglycerolを骨格としてもつ脂質群は、グリセロ脂質glycerolipidsとよばれ、細菌からヒトまでほぼすべての生物に存在しています。ヒトとパン酵母のあいだで、グリセロ脂質の構造はほとんど差がありませんが、スフィンゴ脂質の構造は上で述べたようにおおきく異なります[4]。このスフィンゴ脂質の構造の多様性は、なにかしらの進化のうえでの意義とリンクしていると想像されますもののその意義の多くは謎のままです。

 

2.哺乳動物におけるスフィンゴ脂質の生合成経路

 

 スフィンゴ脂質の生合成では、セリンパルミトイル転移酵素(serine palmitoyltransferase; SPT)が触媒するセリンとパルミトイル palmitoyl CoAとの縮合反応からはじまり、いくつかの反応を経てセラミドとなります(図1)[2, 4]。哺乳動物細胞においては、セラミドはさらにスフィンゴミエリンもしくはグルコシルセラミドglucosylceramideへと変換され、グルコシルセラミドはさらに複雑なスフィンゴ糖脂質へと変換されます(図1)。

 

3.スフィンゴ脂質の生理と病理

 

スフィンゴ脂質は、多くの生理機能に関与していることがわかってきています[12, 13, 19, 20]。そして、その代謝の異常は、いくつかの遺伝病の原因と知られるだけでなく[21-23]、成人病やガンそして認知症といった現代の主要疾病にも関わっています[24, 25]。最近では、スフィンゴ脂質代謝をターゲットとした病気の予防や治療さえも現実のものとなってきています[26-28]。また、スフィンゴ脂質は、当研究所のミッションである感染症研究にかかわりが深い脂質でもあります[29-31]

 

本ホームページ内でスフィンゴ脂質の生理機能や病態との関わりの詳細を説明することは、当研究部の研究成果を紹介するというこのホームページの目的を超えますので控えますが、関連する総説を文中に引用しましたので、興味のある方はそれら総説をご覧ください。また、この課題に詳しい日本の研究グループのホームページもおおいに参考になると思います。

 

4.私たちがスフィンゴ脂質の研究に参画したきっかけなど

 

今でこそ注目もされるようになったスフィンゴ脂質ではありますが、現部長の花田が研究員として本研究所に職を得た1980年代の終わりころは、スフィンゴ脂質を取り扱う研究者の数も少なく、生合成経路や生理的意義といった基本的なことがらでさえも不明な点がいろいろと残されておりました。そこで、私たちは、スフィンゴ脂質の生合成の最初のステップを行うSPTの活性がほとんど失われるようになる動物細胞変異株を分離して、この変異株の解析から、スフィンゴ脂質が動物細胞の生育に必須であることなどをあきらかにしてきました[32-39]。このような地道な研究を進めているうちに、細胞内セラミド輸送が欠損している変異細胞にめぐり会うことになり、それはセラミド選別輸送を担う分子装置CERTの発見に結びついてゆきます。この経緯は本ホームページの他の項目、III.哺乳動物細胞におけるセラミド輸送に関する研究をご覧ください。

Copyright 1998 National Institute of Infectious Diseases, Japan

Top Desktop version