ポリリン酸。藍藻類や藻類における多機能代謝物

Polyphosphate: A Multifunctional Metabolite in Cyanobacteria and Algae.

• Emanuel Sanz-Luque
• Devaki Bhaya
• Arthur R Grossman

抄録

ポリリン酸（polyP）、様々な長さのオルトリン酸（PO）のポリマーは、生命のすべての王国で同定されています。それは、ATPの進化の前に生物学的システムによって使用されている可能性がある化学結合エネルギー（ホスホ酸無水物結合）の源として機能することができます。細胞内polyPは、主にアシドカルシゾームと呼ばれる特定の液胞内の顆粒として格納されており、その合成と蓄積は、細胞機能の無数の影響を与えるように見える。ポリPは、無機POの貯蔵庫として、また細胞の代謝を促進するエネルギー源として、アデニル酸や金属カチオンの恒常性維持に関与し、カチオンを隔離するための足場として機能し、シャペロン機能を発揮し、タンパク質と共有結合してその活性を変化させ、細胞のストレス状態への正常な適応を可能にします。また、ポリPは共生体や寄生体との連携にも関与しているようであり、高次真核生物では、ポリPの低濃度は癌の増殖、アポトーシス、プロコアグラント反応や炎症反応に影響を与え、TORシグナル伝達の障害を引き起こすと考えられています。このレビューでは、主に緑藻類やシアノバクテリアの研究を中心に、光合成微生物におけるポリPの代謝、貯蔵、機能について論じている。ポリPの合成に影響を与える因子、ポリPの合成と分解に必要な特定の酵素、ポリPのアシッドカルシソームへの沈着、細胞のエネルギー、順応過程、金属の恒常性維持におけるポリPの役割に焦点を当て、バイオレメディエーションや医療への応用の可能性について考察する。

Polyphosphate (polyP), a polymer of orthophosphate (PO) of varying lengths, has been identified in all kingdoms of life. It can serve as a source of chemical bond energy (phosphoanhydride bond) that may have been used by biological systems prior to the evolution of ATP. Intracellular polyP is mainly stored as granules in specific vacuoles called acidocalcisomes, and its synthesis and accumulation appear to impact a myriad of cellular functions. It serves as a reservoir for inorganic PO and an energy source for fueling cellular metabolism, participates in maintaining adenylate and metal cation homeostasis, functions as a scaffold for sequestering cations, exhibits chaperone function, covalently binds to proteins to modify their activity, and enables normal acclimation of cells to stress conditions. PolyP also appears to have a role in symbiotic and parasitic associations, and in higher eukaryotes, low polyP levels seem to impact cancerous proliferation, apoptosis, procoagulant and proinflammatory responses and cause defects in TOR signaling. In this review, we discuss the metabolism, storage, and function of polyP in photosynthetic microbes, which mostly includes research on green algae and cyanobacteria. We focus on factors that impact polyP synthesis, specific enzymes required for its synthesis and degradation, sequestration of polyP in acidocalcisomes, its role in cellular energetics, acclimation processes, and metal homeostasis, and then transition to its potential applications for bioremediation and medical purposes.

Copyright © 2020 Sanz-Luque, Bhaya and Grossman.