北海道歯学雑誌;第42巻

FONT SIZE:  S M L

エチドロネートによるヒト骨型アルカリ性ホスファターゼ活性阻害に対する2価金属と基質の影響

島田, 英知;鈴木, 邦明;吉村, 善隆;南川, 元;山崎, 裕

Permalink : http://hdl.handle.net/2115/82751
KEYWORDS : エチドロネート;骨型アルカリ性ホスファターゼ;パラニトロフェニルリン酸;ピロリン酸;etidronate;bone-type alkaline phosphatase;p-nitrophenylphosphate;pyrophosphate

Abstract

ビスホスホネート(BPs)はアルカリ性ホスファターゼ(ALP)活性の発現に必要な遊離Mg2+( Mg)をキレ ートしてALP活性を阻害するとされているが,不明な点も多い.また,最近,ALP活性はMg, Ca2+( Ca)及びZn2+ (Zn)により独立して活性化され(Mg, Ca及びZn-ALPとする),活性化には基質の種類も影響することが報告され たが,それらに対するBPsの作用は明らかではない.そこでヒト骨型ALPのMg, Ca及びZn-ALP活性のエチドロネ ート(etidronate)による阻害機構を,基質としてパラニトロフェニルリン酸(pNPP)またはピロリン酸(PPi)を 使用して検討した.種々濃度のMg,Ca,Zn存在下でpNPPを基質としてALP活性を測定すると, etidronateによる 50 %活性阻害濃度(Ki 0.5)はMg濃度が高いほど増加したが,Ca及びZnでは顕著な変化は認められず,etidronateは Mgとは拮抗するが, Ca及びZnと拮抗しないことが示唆された.一方, PPiが基質の場合は, Mg,Ca,Znとの拮抗 が示唆された.Mg, Ca及びZn-ALP活性のpNPP濃度依存性に対するetidronateの影響を調べると, etidronateの濃 度に依存して各活性は抑制されたが, pNPPの50 %活性化濃度(K 0.5)に対する顕著な影響はなく, etidronateは pNPPとは拮抗しないと示唆された.一方,基質がPPiの場合,各活性はetidronate濃度に依存して抑制され,Ca及 びZn-ALP活性ではetidronateはPPiとは非拮抗的であった.しかし,Mg-ALP活性ではetidronate濃度に依存した PPiに対するK 0.5の減少が観察された.以上の結果は,etidronateによる骨型ALPの阻害様式は基質及び活性化する 2 価金属の種類によって異なることを示唆した.
Bisphosphonates (BPs) inhibited alk aline phosphatase (ALP) activity by chelating Mg2+ (Mg) that i s necessary for ALP activation; however, many points are still unclear. Recent investigations have demonstrated that ALP activity is independently activated by Mg, Ca 2+ (Ca), and Zn 2+ (Zn) (Mg-, Ca-, and Zn-ALP) and affected by various substrates. The effects of etidronate on human bone-type ALP ac tivity activated by Mg, Ca, and Zn (Mg-, Ca-, and Zn-ALP) with p-nitrophenylphosphate (pNPP) or pyrophosphate (Na-PPi) as substrates were tested. The 5 0% activity inhibition concentration (Ki0.5) of Mg-ALP activity inhibition by etidronate increased, wherea s Ki0.5 of Ca- or Zn-ALP activity inhibition by etidronate remained almost unchanged. Etidronate competitively inhibited Mg-ALP activity with Mg but noncompetitively inhibited Ca- and Zn-ALP activities wit h Ca and Zn, with pNPP as a substrate, whereas etidronate competitively inhibited Mg-, Ca-, and Zn-ALP activities with Mg, Ca, and Zn with Na-PPi as a substrate. Furthermore, we examined the effects of etidronate on substrate concentration dependency of ALP activities. Based on etidronate concentration, the ALP activity was inhibited. The 5 0% activation concentration (K 0.5) of pNPP remained unaffected. Etidronate noncompetitively inhibited Mg-, Ca-, and Zn-ALP activities with pNPP based on its concentration. Furthermore, the substrates are hydrolyzed to influence Mg, Ca, and Zn in proximity to the substrate-binding site of ALP. Etidronate also noncompetitively inhibited Ca- and Zn-ALP activities with PPi based on its concentration; however, we observed that K0.5 of Mg-ALP activity decreased based on etidronate concentration as PPi. These results demonstrate that the mechanism of human bone-type ALP activity restraint by etidronate changes by the kind of 2 values metal ions and the substrate binding to the ALP.

FULL TEXT:PDF