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大肠菌全タンパク质の凝集解析によってタンパク质の知られざる性质を解明

大肠菌全タンパク质の凝集解析によって
タンパク质の知られざる性质を解明

1．発表概要：
　本研究では、大肠菌の全てのタンパク质の凝集のしやすさを网罗的に解析しました。その结果、タンパク质は凝集しやすい集団と凝集しにくい集団に大别できることなどを明らかにし、これまで知られていなかったタンパク质の物性の一面を解明しました。

2．発表内容：
摆背景闭
　生命活动の担い手であるタンパク质は20种类のアミノ酸がさまざまな并び方でつながった「ひも」が固有の「かたち」に折りたたんだ分子です。タンパク质はフォールディング(注1)と呼ばれる「かたち」を形成する过程を経てはたらけるようになりますが、全てのタンパク质が简単にフォールディングできるわけではなく、フォールディング途上のものが多数からみあって凝集（注2）と呼ばれる构造体を形成してしまう场合がよくあります。この凝集はそのタンパク质の本来の机能を持たないだけでなく、病気に関わるような例も知られています。また、人工的にタンパク质を生产する际、この凝集が问题となることがしばしばあります。
　このように、タンパク质の凝集はタンパク质を扱う上で避けては通れない问题ですが、限られたタンパク质でしか凝集の研究は行われておらず、全体的な理解は遅れています。例えば、タンパク质のどのような性质が凝集を引き起こしやすいのかほとんどわかっていません。そこで本研究では、タンパク质の凝集しやすさを网罗的?统计的に解析し、凝集とタンパク质の性质の関係について理解を深めることを目的としました。

摆実験手法闭
　本研究では、大肠菌のタンパク质全种类（约4,000种类）を笔鲍搁贰システムという试験管内タンパク质合成系(注3)で合成し、凝集しやすさの评価を行いました（図1）。笔鲍搁贰システムは他のタンパク质合成系とちがって凝集形成を防ぐはたらきをもつ分子シャペロン（注4）タンパク质をまったく含みません。そのため、タンパク质本来がもつ凝集のしやすさを一様に评価できるたいへんユニークな実験方法です。

摆研究内容闭
　大肠菌の全てのタンパク质について実験したところ、全体のうち约7割のタンパク质（约3,000个）について、凝集しやすさを定量することができました。そのヒストグラム（図2础）からタンパク质の凝集しやすさは二つの集団に分かれることがわかりました。言い换えると、タンパク质というものは凝集しやすいグループと、凝集しにくい（溶けやすい）グループに大别することができる、ということが本研究によりはじめて明らかとなりました。
　さらに、この二つの集団について、タンパク质としての様々な性质を比较したところ、タンパク质の分子量が大きくなるほど凝集しやすいこと（図2叠）、凝集になりやすい立体构造の特徴が存在すること（図2颁）がわかりました。
　タンパク质フォールディングの际に凝集しやすい立体构造があるという発见は、これまで调べることが不可能であったタンパク质の知られざる一面を笔鲍搁贰システムという他に类を见ない方法で明らかにしたと言えます。

摆今后の展开闭
本研究のように多数のタンパク质の凝集解析を一度に行った报告は今までになく、タンパク质の凝集やフォールディングメカニズムの解明やタンパク质の凝集予测プログラムの作成などタンパク质科学全般に広く贡献しうる贵重な情报资源として活用されることが期待されます。さらに、ゲノムに含まれるタンパク质のすべてを合成して解析を行うという斩新な试みは、ポストゲノム时代の新たな潮流と目されている合成生物学においても大きなインパクトを与えるものといえます。

3．発表雑誌：
米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）2009年 2月23日　オンライン版に掲載
“Bimodal protein solubility distribution revealed by an aggregation analysis of the entire ensemble of Escherichia coli proteins.”
Niwa, T., Ying, B.-W., Saito, K., Jin, W. Z., Takada, S., Ueda, T., Taguchi, H.

4．注意事项：
　 プレスリリース解禁時間が米国現地東部（標準）時間2月23日午後5時解禁となっており、日本時間では2月24日午前7時（新聞は2月24日夕刊）になります。

5．问い合わせ先：

田口　英树
东京大学　大学院新领域创成科学研究科　メディカルゲノム専攻　准教授

上田　卓也
东京大学　大学院新领域创成科学研究科　メディカルゲノム専攻　教授

6．用语解説：
（注1）フォールディング
タンパク质はリボソームというタンパク质合成装置からアミノ酸が一つ一つつながった「ひも」のような状态で合成される。この「ひも」がアミノ酸配列に特有の立体构造に折りたたむプロセスをフォールディング（折りたたみ）と呼ぶ。

（注2）タンパク质の凝集
フォールディング途上や热などで変性した状态のタンパク质同士が、疎水性相互作用などにより多数寄り集まる现象やそうしてできた巨大な构造体のことをいう。通常は不可逆に形成する。ゆで卵をイメージしてもらうとわかりやすい。この状态になってしまうと、ほとんどの场合はそのタンパク质が本来持っている机能は失われてしまう。（その中でもアミロイドと呼ばれる特殊なタンパク质凝集は、アルツハイマー病やプリオン病などに深く関与している。）

（注3）试験管内タンパク质合成系
生きた细胞を用いずに、试験管の中で鋳型顿狈础や尘搁狈础からタンパク质を合成する系のことをいう。様々な生物细胞の抽出液（大肠菌、コムギ胚芽、ウサギ网状赤血球など）をベースにしたものがよく知られている。本研究で用いられている笔鲍搁贰システムは、抽出液からではなく、翻訳に必须な因子を全て别々に精製し、后から混ぜ合わせて作成された（再构筑型とよばれる）ものであり、本研究科の上田卓也教授らが开発したものである。

（注4）分子シャペロン
タンパク质のフォールディングを助けるタンパク质の総称。大肠菌からヒトに至るまで全ての细胞に存在し、新たに作られたタンパク质のフォールディングを助けたり、热による凝集を防いだりするなど様々な役割を担っている。

7．添付资料：

図1　実験系の模式図

 

 

図2 可溶率とタンパク質の性質との関係
础：定量できた可溶率のヒストグラム　叠：凝集になりやすいグループ（凝集）とそうでないグループ（可溶）の分子量の分布　颁：立体构造の特徴ごとの可溶グループの割合