2014/01/16 Category : 未選択 理化学研究所、タンパク質を見分けて運ぶp２４タンパク質複合体の構成を解明 タンパク質を見分けて運ぶp２４タンパク質複合体の構成を解明－細胞外に分泌されるタンパク質を輸送する仕組み解明の足がかりに－＜ポイント＞ ・小胞輸送で運ばれるタンパク質の受容体として働くp２４タンパク質を酵母で解析 ・p２４タンパク質は６種の四量体として機能 ・積み荷となるタンパク質を選別する仕組みの解明へ＜要旨＞ 理化学研究所（理研、野依良治理事長）は、小胞輸送において、特定の積み荷タンパク質に結合して輸送小胞への積み込みを助ける、p２４タンパク質複合体［１］の構成を、酵母を使った実験で明らかにしました。これは、理研光量子工学研究領域（緑川克美領域長）ライブセル分子イメージング研究チームの中野明彦チームリーダー、平田龍吾先任研究員らの研究チームの成果です。 細胞内には、小胞体［２］やゴルジ体［３］などの細胞小器官があり、生命活動に必要な役割を分担しています。個々の細胞小器官の機能には、それぞれに異なる種類のタンパク質が必要です。小胞輸送は、細胞内で新しく作られたタンパク質を目的の細胞小器官に届けるために必要な分子機構の１つで、基本的な仕組みは全ての生物に共通しています。小胞輸送ではタンパク質を小さな袋状の構造（輸送小胞）に乗せて運びます。 研究チームは酵母を用いた研究で、タンパク質を選別して輸送小胞に積み込む基本的な仕組みを解明してきました。一方で、細胞外に分泌されるタンパク質の選別には、基本的な仕組みに加えて、それぞれのタンパク質と特異的に結合する「積み荷受容体タンパク質［４］」が必要な場合があることが分かってきました。そこで研究チームは、積み荷受容体タンパク質の働きについて、より詳細な解析に取り組みました。 研究チームは積み荷受容体の１つであるp２４タンパク質に注目しました。p２４タンパク質は８種類あり、異なる組合せで複合体を作って働きます。まず、出芽酵母で新しいp２４タンパク質「Rrt６」を同定しました。続いて、既知のものを含む全９種のp２４タンパク質を対象に変異解析と相互作用解析を行い、これらが四量体［５］を作って働くこと、主な四量体は６種類であること、そのうちの１つが特定の生育条件でのみ作られることを明らかにしました。 p２４タンパク質複合体の種類とそれぞれの存在比を決めたことで、さまざまな実験データ、例えば数多く進められている網羅的解析［６］の結果をより正確に読み解くことができるようになりました。今後、それぞれの複合体が専門に運ぶ積み荷タンパク質を同定して研究を進めれば、小胞輸送における根源的な問題である、タンパク質を見分けて仕分ける仕組みだけでなく、細胞外に分泌されるタンパク質の輸送の仕組みの解明につながると期待できます。 本研究成果は、米国の科学雑誌『The Journal of Biological Chemistry』のオンライン版（１１月１１日付け：日本時間１１月１２日）に掲載されました。＜背景＞ 細胞内には、小胞体やゴルジ体、リソソームなどの細胞小器官があり、生命活動に必要な役割を分担しています。個々の細胞器官の機能には、それぞれに異なる種類のタンパク質が必要です。 細胞内で作られるタンパク質の約３分の１（積み荷タンパク質）は、小胞輸送経路と呼ばれる道筋に沿って運ばれます。出芽酵母の場合、積み荷タンパク質は約２，０００種類あります。その中には、細胞小器官に運ばれるもののほか、細胞外に分泌されるタンパク質も含まれます（図１）。小胞輸送経路内では、積み荷タンパク質が細胞小器官から次の細胞小器官へと受け渡すリレー方式で運ばれ、その各ステップで「小胞輸送」という仕組みが働いています。小胞輸送は、積み荷タンパク質を小さな膜の袋（輸送小胞）に積み込んで運びます（図１）。この仕組みが破たんし、積み荷タンパク質が必要な場所に届かなかったり、誤って別の場所に届いたりすると、細胞の生命活動が阻害され、ヒトであれば重篤な疾病の発症にもつながります。新たに作られた積み荷タンパク質を選別し、輸送小胞に積み込むための仕組みを理解することが、小胞輸送の研究で解明すべき最も重要な課題の１つです。 これまで理研の研究チームは、積み荷タンパク質の選別に働く基本的な仕組みを、出芽酵母を用いた研究によって解明してきました（注）。一方で、細胞外に分泌される積み荷タンパク質の選別には、基本的な仕組みに加えて、それぞれの積み荷タンパク質と特異的に結合する「積み荷受容体タンパク質」が必要な場合があることが分かってきました。例えば、積み荷受容体の１つである「p２４タンパク質」は、特定の積み荷タンパク質と結合し、小胞体からゴルジ体へ向かう輸送小胞への積み込みを助けます（図２）。p２４タンパク質は、ほ乳類に１０種類、出芽酵母に８種類あり、異なる組合せで複数の複合体（p２４タンパク質複合体）を作って働きます。このことから、それぞれの複合体が異なる積み荷タンパク質に対応する可能性が考えられますが、p２４タンパク質複合体が何種類あるか明確でないため、積み荷タンパク質との１対１の対応が付けられない状況にあります。また、p２４タンパク質と結合する積み荷タンパク質は、ヒトおよび酵母のGPIアンカータンパク質［７］、ツメガエルのホルモン前駆体［８］、ショウジョウバエのWntタンパク質［９］など数種しか見つかっておらず、新たな積み荷タンパク質の探索が求められていました。 注）２００５年１月２４日プレスリリース 「細胞内のタンパク質輸送過程を人工的に再現、タンパク質を正確に運ぶメカニズムを解明」 http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2005/20050124_2/20050124_2.pdf＜研究手法と成果＞ 研究チームは、出芽酵母を使った実験でp２４タンパク質と結合するタンパク質の中に、新たなp２４タンパク質の候補「Rrt６」を発見しました。Rrt６を今までに発見された８種類のp２４タンパク質と比較したところ、アミノ酸配列の相同性は１０～１５％程度と低いものの、生化学的な特徴（膜貫通領域の数と位置、細胞内局在、輸送小胞を作るタンパク質との相互作用）がよく一致しました。さらに、Rrt６を過剰発現させたところ、p２４タンパク質の１つ「Erv２５」の欠失を部分的に回復することが分かったため、Rrt６はp２４タンパク質であると結論づけました。これにより、出芽酵母のp２４タンパク質は９種類になりました。 次に、９種類（Erp１～６、Erv２５、Emp２４、Rrt６）のp２４タンパク質の活性を比較する目的で、それぞれのタンパク質を欠失させ、細胞のp２４活性に与える影響を調べました。細胞のp２４活性の指標には、積み荷タンパク質であるGas１タンパク質［１０］の輸送阻害と、p２４活性の阻害に伴うKar２タンパク質［１１］の分泌を用いました。その結果、１種類だけの欠失でp２４活性を完全に阻害するp２４タンパク質が２種類あり、これらを配列の違いから２つのタイプ（βとδ）に分類しました（図３）。その他の７種類は、１種類だけの欠失では阻害しないかあるいは阻害の度合いが弱いものでしたが、３種類同時に欠失させるとp２４活性を完全に阻害する組み合わせが２つ見つかったため、組み合わせごとに２つのタイプ（αとγ）に分類しました（図３）。Rrt６は例外的にどの組合せでも阻害を示しませんでした。Rrt６は、酵母のp２４タンパク質の中で唯一、非発酵の好気呼吸条件で発現が誘導されます。他のp２４タンパク質とは異なる未知の機能を持つ可能性が考えられますが、解明は今後の課題です。 以上の結果は、９種類あるp２４タンパク質が４つのタイプ（α、β、γ、δ）に分類され、各タイプから１つずつを組み合わせた複合体（四量体）を作って機能すると考えると矛盾なく説明できます（図４）。そこで、細胞からp２４タンパク質複合体を精製し、どのような組合せのp２４タンパク質を含むかを調べました。その結果、p２４タンパク質複合体は予想通りα、β、γ、δを１つずつ含む四量体であることが明らかになりました。また、Rrt６タンパク質は、δタイプとして振る舞うことが明らかになりました。p２４タンパク質複合体には計算上１８通りの組合せが考えられますが、実際に検出されたのは６種類でした（図４）。＜今後の期待＞ p２４タンパク質が作る複合体の数と存在比を明らかにしたことで、p２４タンパク質の欠失や過剰発現などが引き起こす表現型の解釈が、より容易で正確にできるようになりました。特に網羅的解析の結果を読み解く上で有用な情報が得られたと考えています。また、対象とすべきp２４タンパク質複合体の数が絞られたことで、個々の複合体に特異的に結合する積み荷タンパク質の探索をより系統的に行う足がかりができました。今後、p２４複合体の新たな積み荷タンパク質を同定し、複合体と積み荷の組み合わせが、それぞれのどのような性質によって決められているかを解析していくことで、小胞輸送における根源的な問題である、積み荷タンパク質を見分けて仕分ける仕組みの解明につながると期待できます。また同時に、ホルモンなど、細胞外に分泌されて他の細胞に働きかける積み荷タンパク質の制御に働く分子機構の理解にもつながると期待できます。＜原論文情報＞ ・Ryogo Hirata，Coh－ichi Nihei，and Akihiko Nakano"Isoform－selective oligomer formation of Saccharomyces cerevisiae p２４ family proteins．"The Journal of Biological Chemistry，２０１３，１０．１０７４／jbc．M１１３．５１８３４０＜発表者＞ 独立行政法人理化学研究所 光量子工学研究領域（http://www.riken.jp/research/labs/rap/） エクストリームフォトニクス研究グループ（http://www.riken.jp/research/labs/rap/extr_photonics/） ライブセル分子イメージング研究チーム（http://www.riken.jp/research/labs/rap/extr_photonics/live_cell_mol_img/） 先任研究員 平田 龍吾（ひらた りょうご） チームリーダー 中野 明彦（なかの あきひこ） PR Comment0 Comment Comment Form お名前name タイトルtitle メールアドレスmail address URLurl コメントcomment パスワードpassword
