ヒト胎盤アロマターゼCYP19A1のリン酸化

Phosphorylation of human placental aromatase CYP19A1.

• Debashis Ghosh
• Chinaza Egbuta
• Jean E Kanyo
• TuKiet T Lam

抄録

アロマターゼCYP19A1は、内分泌系、生殖系、中枢神経系でエストロゲンの合成を触媒します。17β-エストラジオール（E2）のレベルが高いと悪性腫瘍や乳房、卵巣、子宮内膜の疾患と関連し、E2のレベルが低いと骨粗鬆症、心血管疾患、認知障害のリスクが高まる。また、エストロゲン受容体の転写活性化因子であるE2は、神経伝達物質/ニューロモジュレーターとして非ゲノムシグナル伝達に関与していることが知られており、最近ではシナプス末端内での迅速なエストロゲン合成（RES）の証拠もあります。リン酸化/脱リン酸化による脳アロマターゼ活性の調節が示唆されているが、内分泌系や生殖系では不明なままである。RESやエストロゲンの過剰摂取は、ゲノムおよび非ゲノムシグナル伝達経路を刺激し、エストロゲン代謝物の遺伝毒性効果を引き起こす可能性がある。ここでは、生化学的、細胞学的、質量分析学的、構造学的データを利用して、ヒト胎盤アロマターゼのリン酸化とその活性の調節を明確に示した。我々は、ヒトアロマターゼが複数のリン酸化部位を持っていることを報告し、そのうちのいくつかは一貫して検出可能である。還元酵素-カップリング界面にある残基Y361のリン酸化により、アロマターゼ活性が有意に上昇することがわかった。他の部位には、活性部位であるS478と膜界面のいくつかの部位が含まれる。本研究では、2つのヒスチジン残基がリン酸化されていることを明らかにした。さらに、活性部位付近の2つのプロリン残基の酸化は、制御に影響を与えている可能性がある。以上の結果から、アロマターゼ活性はリン酸化や他の翻訳後修飾によって制御されていることが明らかになった。アロマターゼ活性のタンパク質レベルでの制御は、エストロゲンを媒介する生物学のパラダイムシフトを意味するだけでなく、アロマターゼ阻害剤耐性などの未解決の臨床問題を説明できる可能性がある。

Aromatase CYP19A1 catalyzes the synthesis of estrogens in endocrine, reproductive and central nervous systems. Higher levels of 17β-estradiol (E2) are associated with malignancies and diseases of the breast, ovary and endometrium, while low E2 levels increase the risk for osteoporosis, cardiovascular diseases and cognitive disorders. E2, the transcriptional activator of the estrogen receptors, is also known to be involved in non-genomic signaling as a neurotransmitter/neuromodulator, with recent evidence for rapid estrogen synthesis (RES) within the synaptic terminal. Although regulation of brain aromatase activity by phosphorylation/dephosphorylation has been suggested, it remains obscure in the endocrine and reproductive systems. RES and overabundance of estrogens could stimulate the genomic and non-genomic signaling pathways, and genotoxic effects of estrogen metabolites. Here, by utilizing biochemical, cellular, mass spectrometric, and structural data we unequivocally demonstrate phosphorylation of human placental aromatase and regulation of its activity. We report that human aromatase has multiple phosphorylation sites, some of which are consistently detectable. Phosphorylation of the residue Y361 at the reductase-coupling interface significantly elevates aromatase activity. Other sites include the active site residue S478 and several at the membrane interface. We present the evidence that two histidine residues are phosphorylated. Furthermore, oxidation of two proline residues near the active site may have implications in regulation. Taken together, the results demonstrate that aromatase activity is regulated by phosphorylation and possibly other post-translational modifications. Protein level regulation of aromatase activity not only represents a paradigm shift in estrogen-mediated biology, it could also explain unresolved clinical questions such as aromatase inhibitor resistance.

© 2019 The Author(s). Published by Portland Press Limited on behalf of the Biochemical Society.