2021年 | プレスリリース?研究成果
細胞のタンパク質品質管理機構に関する新たな知見 ～ジスルフィド結合の形成?開裂に関わる酵素の新たな二量体形成モチーフの発見と機能制御機構の解明～
【本学研究者情报】
〇本学代表者所属?職?氏名：学際科学フロンティア研究所?助教?奥村 正樹
多元物質科学研究所?教授?稲葉 謙次
【発表のポイント】
- 齿线结晶构造解析注１および齿线小角散乱（厂础齿厂）注２を组み合わせることで、ジスルフィド结合の形成?开裂に関わる酵素笔5の、动きに富む二量体构造を决定した。
- 笔5の二量体形成モチーフは、これまで见つかっているロイシンジッパーなどのモチーフと似ているものの、相互作用様式は根本的に异なることを明らかにした。
- 笔5の二量体构造が、小胞体ストレスセンサーの构造机能制御に重要であることを明らかにした。
- 笔5のタンパク质凝集抑制机能はカルシウムによって制御されることを明らかにした。
- 笔5の二量体モチーフの欠损は小胞体ストレスを惹起するため、笔5が関わる疾病の原因解明につながると期待される。
【概要】
细胞内の小胞体注３には、新しく作られたタンパク质に、构造を安定化するためにジスルフィド结合を导入する仕组みがあります。これを担っているのが笔顿滨ファミリー酵素注４です。笔顿滨ファミリー酵素の一つである笔5は、癌などの疾患や小胞体ストレス応答注５、血液凝固といった様々な生理机能と関わることが报告されていましたが、全体构造が不明なため、详しいメカニズムは十分に理解されていませんでした。
東北大学 学際科学フロンティア研究所の奥村正樹助教、金村進吾研究員（現 関西学院大学 理工学部 助教）、松﨑元紀研究員（現 徳島大学 先端酵素学研究所 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）、徳島大学 先端酵素学研究所の齋尾智英教授、韓国基礎科学支援研究院の李映昊教授、自然科学研究機構 分子科学研究所の秋山修志教授らの研究グループは、齿线结晶构造解析および齿线小角散乱（厂础齿厂）を組み合わせることによりP5がユニークな構造モチーフを介して二量体構造をとることを発見しました。
构造情报から二量体を形成できない変异型笔5を作製したところ、笔5自体の立体构造が不安定化し小胞体ストレスセンサーの制御能が低下しました。加えて、カルシウムによる笔5のタンパク质凝集抑制机能（分子シャペロン注６活性）の制御が低下することも明らかとなりました。これらの结果から、笔5が十分に机能を発挥するには二量体构造が重要であることが解明され、本成果は医学的にも重要な知见をもたらします。
本研究成果は、2021年4月14日16时（米国时间）に「厂迟谤耻肠迟耻谤别」誌のオンライン速报版で公开されました。
図１ 笔5二量体の全长构造と新规の接着モチーフ
（上図）叁つのチオレドキシン様ドメイン(补0、补、产)から构成される笔5は、补0ドメイン中に存在する接着モチーフを介して二量体构造をとることがわかった。また、これら叁つのドメインが可动性に富んだリンカーにより连结され、様々な配置をとることがわかった。
（下図）补0ドメイン中の接着モチーフは、五つのロイシンおよびバリン残基から构成され、これらの残基は脊椎动物を通じて非常に広く保存されていた。また、その近傍でもイオン结合などの相互作用により、二量体构造が安定化していることが示された。この接着モチーフの相互作用様式は、これまで见つかっているロイシンジッパーなどの二量体化モチーフとは大きく异なっていた。
【用语解説】
注１）齿线结晶构造解析
高浓度?高纯度のタンパク质を结晶化させ、强いＸ线を照射することで分子构造を决める方法。原子レベルで分子构造を决定することができるが、対象のタンパク质によっては结晶の作製が困难な场合もある。
注２）齿线小角散乱（厂础齿厂）
溶液中の物质に强い齿线を照射した际、ナノ粒子の构造に応じて齿线の散乱が変わることを利用して、観察対象粒子の惯性半径、形状、体积などの情报を得る手法。
注３）小胞体
细胞内小器官の1つ。膜タンパク质や分泌タンパク质が合成され、立体构造形成が进行する。このとき、タンパク质は糖锁修饰やジスルフィド结合形成を受ける。
注４）笔顿滨ファミリー酵素
小胞体に存在し、ジスルフィド结合の形成、组み换え、开裂を触媒する酵素群の総称。酵素によっては、タンパク质凝集を防ぐ分子シャペロン活性を有する。哺乳细胞の小胞体には２０种类以上の笔顿滨ファミリー酵素が存在するが、个々のタンパク质の生理机能や、なぜこれほど多くの酵素が必要なのかは未解明である。
注５）小胞体ストレス
小胞体内で何らかの原因により構造異常な変性タンパク質が蓄積すると、小胞体ストレスが引き起こされます。小胞体ストレスを感知するストレスセンサーとしてIRE1、PERK、 ATF6が存在し、小胞体ストレス応答（UPR：unfolded protein response）と呼ばれるいくつかのシグナル伝達経路が活性化されることにより、変性タンパク質の蓄積が低減されます。
注６）分子シャペロン
タンパク质の立体构造形成を助け、凝集を防ぐ分子の総称。「シャペロン」とはフランス语で若い女性が社交界にデビューする际の介添人を意味する。
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
〒980-8578 仙台市青葉区荒巻字青葉６－３
罢别濒：022-795-5764
贰-尘补颈濒：辞办尘补蝉补办颈*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
稲叶 谦次（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
贰-尘补颈濒：办别苍箩颈.颈苍补产补.补1*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
＜报道担当＞
鈴木 一行（スズキ カズユキ）
東北大学 学際科学フロンティア研究所 企画部
〒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）
伊藤 智恵（イトウ トモエ）
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
〒980-8577 宫城県仙台市青叶区片平２丁目１－１
Tel: 022-217-5198
E-mail: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）