エンド-β-ガラクトシダーゼの基質特異性解析と糖転移反応によるポリ-N-アセチルラクトサミンの合成

エンド-β-ガラクトシダーゼは, 複合糖質糖鎖に存在するポリ-N-アセチルラクトサミンやケラタン硫酸のβ (1-4) ガラクトシル結合をエンド的に分解する酵素である. 本酵素はこれまで糖鎖の構造解析や機能解析などに広く用いられてきたが, 加水分解反応おける速度論的な基質特異性の解析や糖転移反応によるオリゴ糖合成についての報告はなかった. そこで, ケラタン硫酸をモデルとし発色団として利用可能なp-ニトロフェニル基 (pNP) を有するGlcNAcβ1,3Galβ1,4GlcNAcβ-pNP (1), Galβ1,4GlcNAcβ1,3Galβ1,4GlcNAcβ-pNP (2), GlcNAcβ1,3Galβ1,4Glcβ-pNP (3), Galβ1,4GlcNAcβ1,3Galβ1,4Glcβ-pNP (4), Galβ1,3GlcNAcβ1,3Galβ1,4Glcβ-pNP (5) and Galβ1,6GlcNAcβ1,3Galβ1,4Glcβ-pNP (6) を系統的に酵素合成した. Escherichia freundii由来のエンド-β-ガラクトシダーゼは, これらの基質をエンド的に加水分解しGlcβ-pNPあるいはGlcNAcβ-pNPのみを特異的に遊離した. この水解特性を利用して, 共役酵素としてβ-グルコシダーゼあるいはβ-N-アセチルヘキソサミニダーゼを添加することにより生成したp-ニトロフェノールを定量し, 本酵素の簡便かつ分析適応性に優れた測定法を確立した. この活性測定法に基づき2の本酵素に対する動力学的パラメータの測定を行ったところ, Vmax/Kmはケラタン硫酸のVmax/Kmとほぼ同等であった. このように, 2は本酵素に対する高感度基質として利用可能であることが明らかとなった. 2に対する高い基質特異性から, 基質のpNPに隣接した糖残基のN-アセチル基が本酵素の基質認識に重要であることが示唆された. さらに, 本酵素の糖転移反応により, GlcNAcを末端にもつポリ-N-アセチルラクトサミンGlcNAcβ1,3(Galβ1,4GlcNAcβ1,3)nGalβ1,4GlcNAcβpNPの合成を行った. 高濃度の2に対してE. freundii由来のエンド-β-ガラクトシダーゼを作用させたところ, 本酵素は, 2からGlcNAcβ1-3Gal二糖単位を高位置選択的に受容体基質の非還元末端GlcNAc残基の4位OH基に転移する反応を触媒することが明らかとなった. その結果, GlcNAcβ1,3(Galβ1,4GlcNAcβ1,3)nGalβ1,4GlcNAcβpNP (9, n=1; 10, n=2; 11, n=3; 12, n=4; 13, n=5)の合成が可能となった. この糖転移反応は, ウシ血清アルブミンの添加および低温での反応により著しく転移効率が増加した.