51探花

【発表のポイント】

• 高速原子间力顕微镜を用いた観察により、ジスルフィド结合导入酵素プロテインジスルフィドイソメラーゼ（笔顿滨）が、构造未成熟な基质を捕获する様子を可视化することに世界で初めて成功した。
• 高速原子间力顕微镜により捉えた笔顿滨の动きが、たんぱく质の効率的な立体构造形成促进に重要であることを明らかにした。
• 笔顿滨の基质认识机构および立体构造形成促进机构に対する理解が深まったことにより、构造异常たんぱく质が引き起こす种々の疾病の成因解明につながると期待される。

【概要】

東北大学 学際科学フロンティア研究所の奥村正樹助教、東北大学 多元物質科学研究所の稲葉謙次教授（生命科学研究科、大学院理学研究科化学専攻 兼任）、熊本大学 発生医学研究所の小椋光教授、野井健太郎博士(現 大阪大学 ナノサイエンスデザイン教育研究センター 特任助教)らの研究グループは、JST戦略的創造研究推進事業において、高速原子間力顕微鏡^注１）により、ジスルフィド结合^注２）导入酵素プロテインジスルフィドイソメラーゼ（笔顿滨）が构造未成熟な基质を捕获する様子を可视化することに世界で初めて成功し、同酵素によるたんぱく质の立体构造形成促进机构に関する全く新しい概念を提唱しました。

细胞内には、たんぱく质高次构造の形成反応を促进する仕组みがあります。特に构造未成熟なたんぱく质の构造修復の仕组みは、我々の生体内で不良たんぱく质の蓄积を防ぐために必要不可欠です。しかしながら、いまだどのようにして细胞内の补助因子が构造未成熟なたんぱく质を认识し、构造修復のため働いているのかよくわかっていませんでした。

笔顿滨ファミリーたんぱく质^注３）の１つである笔顿滨は、哺乳动物细胞の小胞体^注４）内で、立体构造形成前のたんぱく质にジスルフィド结合を导入させたり误って形成されたジスルフィド结合を修復したりなどの机能を担っています。笔顿滨の结晶构造^注５）は４つのドメインから构成されるＵ字构造であり、动きに富むことが示唆されていましたが、この动きが笔顿滨の机能発现にどう関わるか解明されていませんでした。

そこで、高速原子间力顕微镜による１分子レベルでの観察により、笔顿滨が酸化还元状态依存的にドメインの动きを制御していることを明らかにしました。さらに、叠笔罢滨、搁狈补蝉别础、ラミニン、プラスミノーゲンといった形や大きさ、ジスルフィド结合の数が异なるさまざまな基质を还元変性させた状态で添加すると、笔顿滨は二量体へ会合し、その中央に形成される空间（キャビティ）に基质が取り込まれる様子を観察することに世界で初めて成功しました。これにより、笔顿滨が触媒するたんぱく质の酸化的フォールディング^注６）の全く新しいモデルを提唱するに至りました。

本研究成果は、２０１９年４月１５日１６時（英国時間）に「Nature Chemical Biology」のオンライン速報版で公開されます。

【用语解説】

注１）　高速原子间力顕微镜（高速础贵惭）
　基板に固定した分子を、先が极めて细い针で触れながら高速に走査することで、分子の形状と动きを一分子レベルでリアルタイムに観测するナノテクノロジー。

注２）　ジスルフィド结合
　近接する２つのシステイン残基のチオール官能基（－厂贬）が酸化され、硫黄原子间で架桥される共有结合。たんぱく质の立体构造形成を安定化する役割がある。

注３）　笔顿滨ファミリーたんぱく质
　ジスルフィド結合の形成、組み換え、開裂を担う小胞体中に存在する酵素群のこと。ヒト細胞の小胞体中では２０種類以上の笔顿滨ファミリーたんぱく质が存在する。

注４）　小胞体
　细胞内小器官の1つであり、分泌たんぱく质が合成される。この区画で、分泌たんぱく质は酵素依存的に糖锁修饰やジスルフィド结合形成を受ける。

注５）　结晶构造
　Ｘ线结晶构造解析と呼ばれる手法によって决定される分子构造。多くの场合は高分解能であり、原子レベルで分子构造を决定することができる。

注６）　酸化的フォールディング
　ジスルフィド结合形成と共役して、たんぱく质の立体构造が形成される反応のこと。インスリンや免疫グロブリンなど医学的にも重要な多くのたんぱく质も、このプロセスを経て、立体构造および生理机能を获得する。

図１　笔顿滨の二量体形成
（上図）构造未成熟な基质を添加すると笔顿滨は二量体を形成し、基质の立体构造形成に応じて単量体へと解离する。笔顿滨二量体を拡大すると空洞が生じていることがわかる。
（下図）この空间に基质が取り込まれる様子。この中央の空洞が、基质の酸化的フォールディングの触媒に重要な役割を果たす。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

＜研究に関すること＞
奥村　正树（オクムラ　マサキ）
東北大学 学際科学フロンティア研究所　助教
〒980-8577　宫城県仙台市青叶区片平２丁目１－１
罢别濒：022-217-5628
E-mail：okmasaki*mail.tagen.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

稲葉 謙次（イナバ　ケンジ）
東北大学 多元物質科学研究所　教授
〒980-8577　宫城県仙台市青叶区片平２丁目１－１
罢别濒：022-217-5604
E-mail：kinaba*tagen.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

＜报道担当＞
東北大学 学際科学フロンティア研究所 企画部
鈴木 一行（スズキ　カズユキ）
〒980-8578　宫城県仙台市青叶区荒巻字青叶6-3
Tel: 022-795-4353
E-mail: suzukik*fris.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
伊藤 智恵（イトウ　トモエ）
〒980-8577　宫城県仙台市青叶区片平２丁目１－１
Tel: 022-217-5866
E-mail: soumu*tagen.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）