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シトクロムc

シトクロムc（cytochrome c, cyt c）は、ミトコンドリアの内膜に弱く結合しているヘムタンパク質の一種である。タンパク質のシトクロムcファミリーに属する。他のシトクロムと異なり可溶性（100 g/L）で、電子伝達系において不可欠な因子である。電子伝達系では複合体IIIから1電子を受け取り、複合体IVに1電子を引き渡す。酸化型をフェリシトクロムc、還元型をフェロシトクロムcと呼ぶこともある。ヒトではシトクロムcは CYCS 遺伝子にコードされている[5][6]。

シトクロムc
識別情報
CAS登録番号 9007-43-6
KEGG C00524
C00125
(酸化型、フェリシトクロムc)
C00126
(還元型、フェロシトクロムc)
関連する物質
関連する酵素 鉄-シトクロムcレダクターゼ、
シトクロムcオキシダーゼ、
シトクロムcペルオキシダーゼ
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。
CYCS
PDBに登録されている構造
PDBオルソログ検索: RCSB PDBe PDBj
PDBのIDコード一覧

1J3S, 3NWV, 3ZCF, 3ZOO, 2N9J, 2N9I

識別子
記号CYCS, CYC, HCS, THC4, cytochrome c, somatic, Cytochrome c, cyt c
外部IDOMIM: 123970 MGI: 88578 HomoloGene: 133055 GeneCards: CYCS
遺伝子の位置 (ヒト)
染色体(7番染色体 (ヒト))[1]
バンドデータ無し開始点25,118,656 bp[1]
終点25,125,260 bp[1]
遺伝子の位置 (マウス)
染色体6番染色体 (マウス)[2]
バンドデータ無し開始点50,539,543 bp[2]
終点50,543,518 bp[2]
RNA発現パターン
さらなる参照発現データ
遺伝子オントロジー
分子機能• protein serine/threonine phosphatase activity
• 金属イオン結合
• 血漿タンパク結合
• heme binding
• electron transfer activity
細胞の構成要素• 細胞質基質
• protein phosphatase type 2A complex
• ミトコンドリア
• ミトコンドリア内膜
• 呼吸鎖
• 細胞核
• mitochondrial intermembrane space
生物学的プロセス• mitochondrion organization
• intrinsic apoptotic signaling pathway
• activation of cysteine-type endopeptidase activity involved in apoptotic process by cytochrome c
• 細胞呼吸
• protein dephosphorylation
• mitochondrial electron transport, cytochrome c to oxygen
• アポトーシス
• mitochondrial electron transport, ubiquinol to cytochrome c
• cellular response to oxidative stress
出典:Amigo / QuickGO
オルソログ
種ヒトマウス
Entrez

54205

13063

Ensembl

ENSG00000172115

ENSMUSG00000063694

UniProt

P99999

P62897

RefSeq
(mRNA)

NM_018947

NM_007808

RefSeq
(タンパク質)

NP_061820

NP_031834

場所
(UCSC)		Chr 7: 25.12 – 25.13 MbChr 7: 50.54 – 50.54 Mb
PubMed検索[3][4]
ウィキデータ
閲覧/編集 ヒト閲覧/編集 マウス
シトクロムcに含まれる(ヘムC)（英語版）。

機能

電子伝達系における役割

シトクロムcはミトコンドリアで電子伝達系の構成要素を成す。シトクロムcのヘム基がb-c1複合体から電子を受け取り、シトクロムオキシダーゼ複合体に電子を渡す。また、シトクロムcはアポトーシスの開始にも関与する（後述）。シトクロムcは、細胞質に放たれるとアポトーシスプロテアーゼ活性化因子に結合する[5]。

シトクロムcはヒドロキシル化や芳香族酸化など幾つかの反応の触媒能を持つほかペルオキシダーゼ活性を有し、2,2-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) や 2-keto-4-thiomethyl butyric acidや4-aminoantipyrine といった電子伝達体を酸化する。

アポトーシスにおける役割

シトクロムcは、アポトーシス（胚発生の段階や感染・DNA損傷への応答として細胞が自殺する制御的プロセス）においてシグナル仲介の役割を担っていることが知られている[7]。

細胞がアポトーシス誘導刺激を受けると、ミトコンドリアからシトクロムcが放出される。これは、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇することで、ミトコンドリアPTP（permeability transition pore）の開口が促されることによる。少量放出されたシトクロムcは小胞体膜上にあるIP3受容体と相互作用し、小胞体からカルシウムが放出される。このプロセスにより、濃度が上がったカルシウムはシトクロムcの大量放出を引き起こし、正のフィードバックループを形成して小胞体からのカルシウム放出を持続させる。これにより、小胞体から放出されたカルシウムの量は細胞毒性をきたすまで上昇する。細胞質中に放出されたシトクロムcは、今度はカスパーゼ9と呼ばれるシステインプロテアーゼを活性化する。カスパーゼ9はカスパーゼ3とカスパーゼ7を活性化し（カスパーゼカスケード）、最終的にアポトーシスを引き起こす。

種間保存性

シトクロムcは高度に保存されたタンパク質で、植物、動物、単細胞生物など非常に多様な生物で確認されている。この保存性と、約 12,000 Da という分子量の小ささから、分子系統学において有用なツールとなっている。一次構造はおよそ100アミノ酸残基から成るポリペプチド鎖であるが、多くの多細胞生物では104アミノ酸残基のポリペプチド鎖となっている[8]。

シトクロムcは進化生物学の分野でも研究対象となっている。例えばニワトリとシチメンチョウにおけるシトクロムcのアミノ酸配列は全く同じであるが、これらとアヒルとの間には1アミノ酸残基の違いがある。同様に、ヒトとチンパンジーのシトクロムcはまったく同一であるが、アカゲザルとの間には1アミノ酸残基の違いがある[9]。ヒトとチンパンジーでは66番目のアミノ酸残基がイソロイシンであるが、アカゲザルではこれがスレオニンになっている[8]。ブタ、ウシ、ヒツジのシトクロムcは全て同一である。

クラス

1991年、R・P・アンブラーはシトクロムcには以下の4つのクラスがあると考えた[10]。

クラスI
ミトコンドリアや真正細菌が持つ低スピン可溶性のシトクロムcである。ヘム結合部位はN末端側のヒスチジン残基にあり、リガンドはC末端側のメチオニン残基により供給される。
クラスII
高スピンのシトクロムcである。ヘム結合部位がN末端側のヒスチジン残基にある。
クラスIII
低い酸化還元電位を持つシトクロム群である。これのヘムc基は構造的にも機能的にも等しいものではなく、0mVから-400mvまでの異なる酸化還元電位を示す。
クラスIV
もともとヘムcや他の補欠分子族をもつ複合体タンパク質を指すために作られたクラスである。

応用

シトクロムcは、いわゆる低レベルレーザー治療（Low-Level laser therapy; LLLT）において機能的な働きを担っているのではないかと言われている。低レベルレーザー治療とは、赤色光や近赤外線を照射して組織を貫通させ、細胞の再生を高めるという治療法である。この波長の光はシトクロムcの活性を高める働きを持つとされ、これにより代謝が活性化し、組織再生のためのエネルギーを効率的に生み出すことが出来ているのではないか、と考えられている[11]。

相互作用

シトクロムcはCOX4I2と相互作用することが判明している[12][13][14][15]。

 
アポトーシスに関与するシグナル伝達経路の概観
シトクロムＣは図の左中央近くにある。

アミノ酸配列

ヒトにおける一次構造（105アミノ酸残基）: 

MGDVEKGKKIFIMKCSQCHTVEKGGKHKTGPNLHGLFGRKTGQAPGYSYTAANKNKGIIW GEDTLMEYLENPKKYIPGTKMIFVGIKKKEERADLIAYLKKATNE

[16]

出典

[脚注の使い方]
  1. ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000172115 - Ensembl, May 2017
  2. ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000063694 - Ensembl, May 2017
  3. ^ Human PubMed Reference:
  4. ^ Mouse PubMed Reference:
  5. ^ a b “Entrez Gene: cytochrome c”. 2010年4月18日閲覧。
  6. ^ Tafani M, Karpinich NO, Hurster KA, Pastorino JG, Schneider T, Russo MA, Farber JL (March 2002). “Cytochrome c release upon Fas receptor activation depends on translocation of full-length bid and the induction of the mitochondrial permeability transition”. J. Biol. Chem. 277 (12): 10073–82. doi:10.1074/jbc.M111350200. PMID (11790791). 
  7. ^ Liu X, Kim C, Yang J, Jemmerson R, Wang X (1996). “Induction of apoptotic program in cell-free extracts: requirement for dATP and cytochrome c”. Cell 86 (1): 147–57. doi:10.1016/S0092-8674(00)80085-9. PMID (8689682). 
  8. ^ a b Amino acid sequences in cytochrome c proteins from different species, adapted from Strahler, Arthur; Science and Earth History, 1997. page 348.
  9. ^ Linda Stone; Paul F. Lurquin; Luigi Luca Cavalli-Sforza. Genes, Culture, and Human Evolution: A Synthesis, Blackwell Publishing, 2007, page 79. (ISBN 1405150890)
  10. ^ Ambler RP (May 1991). “Sequence variability in bacterial cytochromes c”. Biochim. Biophys. Acta 1058 (1): 42–7. PMID (1646017). 
  11. ^ Silveira PC, Streck EL, Pinho RA. (2005). “Cellular effects of low power laser therapy can be mediated by nitric oxide.”. Lasers Surg Med. 36 (4): 307–14. doi:10.1002/lsm.20148. PMID (15739174). 
  12. ^ Michel, B; Bosshard H R (Aug. 1984). “Spectroscopic analysis of the interaction between cytochrome c and cytochrome c oxidase”. J. Biol. Chem. (UNITED STATES) 259 (16): 10085–91. ISSN 0021-9258. PMID (6088481). 
  13. ^ Wiedemann, F R; Vielhaber S, Schröder R, Elger C E, Kunz W S (Mar. 2000). “Evaluation of methods for the determination of mitochondrial respiratory chain enzyme activities in human skeletal muscle samples”. Anal. Biochem. (UNITED STATES) 279 (1): 55–60. doi:10.1006/abio.1999.4434. ISSN 0003-2697. PMID (10683230). 
  14. ^ Sampson, V; Alleyne T (Dec. 2001). “Cytochrome c/cytochrome c oxidase interaction. Direct structural evidence for conformational changes during enzyme turnover”. Eur. J. Biochem. (Germany) 268 (24): 6534–44. ISSN 0014-2956. PMID (11737208). 
  15. ^ Lynch, S R; Sherman D, Copeland R A (Jan. 1992). “Cytochrome c binding affects the conformation of cytochrome a in cytochrome c oxidase”. J. Biol. Chem. (UNITED STATES) 267 (1): 298–302. ISSN 0021-9258. PMID (1309738). 
  16. ^ KEGG Homo sapiens (human): 54205

関連文献

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  • Skulachev VP (1998). “Cytochrome c in the apoptotic and antioxidant cascades.”. FEBS Lett. 423 (3): 275–80. doi:10.1016/S0014-5793(98)00061-1. PMID (9515723). 
  • Mannella CA (1998). “Conformational changes in the mitochondrial channel protein, VDAC, and their functional implications.”. J. Struct. Biol. 121 (2): 207–18. doi:10.1006/jsbi.1997.3954. PMID (9615439). 
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外部リンク

  • The Cytochrome c Protein
  • Apoptosis & Caspase 3 - PMAP The Proteolysis Map-animation
  • UMich Orientation of Proteins in Membranes families/superfamily-78 - Calculated orientations of cytochromes c in the lipid bilayer
  • (Cytochrome c) - MeSH・アメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス（英語）
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