JmjCドメイン含有タンパク質ファミリーの構造類似性、生化学活性および触媒機構。 (A）JMJD5のJmjCドメイン（PDB 4gjy）のポリペプチドバックボーンと鉄結合に必要な残基を描いた3次元構造。 (B）JmjCタンパク質のTM-scoreに基づく構造類似性ヒートマップ。 TMスコアの最大値を用いてタンパク質構造の類似性を比較している。 (C)JmjCタンパク質の生化学的活性。 +オキシゲナーゼ活性が検出された。 (D）JmjCタンパク質が仲介するリジン／アルギニン脱メチル化の触媒機構を示す模式図。C-ヒドロキシル化を介したC-H結合のヒドロキシル化とN-メチル基脱メチル化のステップに続いて、ヘミアミナル中間体の断片化が行われる。 2015）、RDMはまだ同定されていない。 Jmjcドメイン含有6（JMJD6）は、非対称ジメチルアルギニン（ADMA）および対称ジメチルアルギニン（SDMA）ヒストン基質H3およびH4に対する推定RDMとして以前に報告されました（Chang et al.） しかし、この機能については、相反する報告がなされていた。 その結果、JMJD6は、mRNAスプライシング制御タンパク質とヒストンのリジン残基の2OG依存的なC-5水酸化のみを触媒することが示された（Webby et al.、2009；Mantri et al.、2010）。 最近では、ある種のKDMがメチル化ヒストンペプチドモデル基質に対してRDM活性を有することを示す研究（Walportら、2016）がある（図1C）。 JmjCタンパク質の触媒機構は、C-H結合の水酸化と水酸化を介したN-脱メチル化を触媒することである（図1D）。 活性部位のFe(II)には、HXD/E…Hと補酵素2OGが結合している。 基質がない場合、2OG依存性オキシゲナーゼは、2OGが脱炭酸されてコハク酸、二酸化炭素、および反応性のFe(IV)=Oフェリル中間体を形成する、遅い非連鎖反応を触媒することが多い。 この反応に基質を加えると、プロセスが劇的に促進される。 この鉄(IV)-オキソ中間体は、次にC-H結合を酸化し、水酸化生成物を形成することにつながる。 水酸化がアミドゲン上のメチル基で起こる場合、このプロセスは不安定なヘミアミノを形成する。 このヒドロキシメチルはホルムアルデヒドとして自然に放出され、脱メチル化基質となる可能性が高い。 この過程では、メチルアルギニンとメチルリシンは区別されない。 ヒドロキシル化は脱メチル化の中間段階である。

最近、2つのオーファンJmjC含有タンパク質、JMJD5とJMJD7が、メチル化リジンやアルギニンを含むヒストン3や4の尾部を優先的に切断する二価陽イオン依存性のプロテアーゼ活性を持っていると報告されている（図1C）。 最初の特異的切断の後、アミノペプチダーゼとして働くJMJD5とJMJD7は、メチル化依存性ペプチダーゼ活性でありクリッピングとも呼ばれるC末端産物を徐々に消化する（Liu et al.2017; Shen et al.2017). 結晶構造を有する23のJmjCドメイン含有タンパク質のうち、ほとんどのタンパク質がFe2+以外にZn2+を含んでおり、JmjC含有タンパク質がメチル基依存性メタロプロテアーゼとして働く可能性が高まっている。 また、JMJD5のようなOrphanサブファミリーはZn2+を配位する残基が2つしかなく、メタロプロテアーゼと同様にペプチダーゼ反応に柔軟である可能性がある。 一方、PHF2/PHF8やJMJD2/JHDM3サブファミリーのメンバーは、Zn2+を配位する残基が4つあり、基質にはアクセスできず、埋もれた状態になっており、堅固である。 JARIDとUTX/UTYサブファミリーはZn2+がFe(II)触媒中心から遠く離れており、メチル基認識とクリッピングの協調反応が困難であった。 今後、タンパク質中のZn2+の状態が、このような切断の決定要因になるかどうか、さらなる実験が必要である。 このような反応の生物学的意義はまだ明らかではないが、ヒストンを急速に枯渇させ、クロマチン構造を再構築してDNAを必要な反応に露出させるために、転写調節、DNA損傷応答、アポトーシスなどに関与している可能性がある。