薬学部の小林 秀丈講師、山中 浩泰教授による生命現象の根幹の一部をひも解く研究、The Journal of Biological Chemistryに掲載~京都産業大学および東京大学との共同研究にて~
2015年4月28日掲載
本学薬学部分子微生物科学教室(以下、本教室)の小林 秀丈講師と山中 浩泰教授等の“Aeromonas sobria由来セリンプロテアーゼの新規シャペロン(※)の構造基盤”と題した研究成果が2015年4月24日付でThe Journal of Biological Chemistry 290巻17号 11130-11143に掲載されました。The Journal of Biological Chemistryは、毎月、生化学分子生物学会が発行する学会誌で、科学史に残る数多くの論文が掲載されています。本論文は、同教室の他、京都産業大学総合生命科学部、東京大学大学院農学生命科学研究科等が2年越しの研究成果を取り纏めたものです。
※シャペロンとは、標的となるタンパク質が高次構造を構築して成熟化する過程において、その過程を正確に進行させるために働く介添えタンパク質の総称です。
過去の研究成果から本研究成果に至るまで
今回注目したセリンプロテアーゼ(ASP)を産生するAeromonas sobriaは、ヒトに感染して下痢症などを引き起こす病原細菌です。集団食中毒事例が報告されていないために、一般にはそれほど知られてはいませんが、厚生労働省が指定する食中毒原因菌の一種です。健康なヒトが本菌に感染を受けても、下痢症のみで数日で完治しますが、お年寄りや乳児など、免疫力が低いヒトが感染を受けると重症化する恐れがあります。
本教室ではまず、この菌の病原性に、ASPがいかに関わっているかを明らかにするために研究を開始し、今村隆寿先生(熊本大学大学院)のご協力を仰ぎ、その成果を報告しました。さらに、ASPの立体構造を解明することを目的に、津下英明先生(京都産業大学)との共同研究を開始し、ASPの結晶構造を初めて明らかにしました。驚いたことに、その構造はヒトの体内プロテアーゼであるFurinの構造によく類似していることも明らかになりました。Furinは、ヒトの細胞内でタンパク質のプロセシングに関わるプロテアーゼですが、その切断配列の特異性が高いことが知られています。そのため、構造が類似しているASPでもまた特異性が高いことが予想されましたので、いくつかのアミノ酸配列の異なる人工基質に対する切断活性をさらに調べました。その結果、ASPはFurinと同様の塩基性側鎖が2個並んだ箇所を切断する特性を有することを明らかにしました。ASPのこの性質は、上述した病原性とも関わっていると考えて、現在研究を進めています。
新薬開発につながるタンパク質の構造と機能解析
タンパク質が所定の機能を果たすためには、生合成後に正確にフォールディング(タンパク質が特定の立体構造に折りたたまれる現象)が進行し、所定の高次構造を構築することが不可欠です。タンパク質の成熟化は生命現象の根幹をなす主要なプロセスの一つであり、その分子機構を研究することは、単に上述した生化学過程の詳細を明らかにするだけでなく、対象としたタンパク質の機能を制御することを目的とした、新薬の創製基盤を築くことにもつながります。
本研究では、そのようなタンパク質の成熟化過程を解析するためのモデル分子としても、ASPは役立つと考えました。過去の研究により、ASPが既定の構造を構築するためには、その遺伝子の下流にコードされる別のタンパク質であるORF2が不可欠であることを、岡本敬の介先生(岡山大学大学院)との共同研究により既に明らかにしておりましたので、私達はASPの成熟化に機能するORF2をシャペロンと考え、その本体を明らかにすることを目的に今回の研究を開始しました。
タンパク質複合体の単離に成功
図3. サチライシンに似たセリンプロテアーゼの系統樹
【掲載論文名】
“Structural basis for action of the external chaperone for a propeptide-deficient serine protease from Aeromonas sobria”
【著者】
小林 秀丈*(広島国際大学薬学部),吉田 徹*(京都産業大学総合生命科学部),宮川 拓也*(東京大学大学院農学生命科学研究科),田代 充(明星大学工学部),岡本 敬の介(岡山大学大学院医歯薬学総合研究科),山中浩泰(広島国際大学薬学部),田之倉 優(東京大学大学院農学生命科学研究科),津下 英明**(京都産業大学総合生命科学部)
(* 同等貢献著者,** 責任著者)
↑ 薬学部の小林 秀丈講師(左)と山中 浩泰教授(右)