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タンパク質・核酸

NMRを利用したIDPの研究

天然変性タンパク質(IDP)は、安定性のある規定された三次元構造にフォールディングしていない様々なタンパク質を表す用語として、現在広く用いられています。

フォールディングしたタンパク質とは異なり、IDPは変性の程度が高く、局所移動性があり、非常に動的という特徴を示します。これらの特異な性質は、規定された三次元構造を持つタンパク質と比較して様々な機能的利点があります。

約15年前まで、IDPは十分な関心を集めておらず、X線、NMRなど三次元構造の決定に50年にわたり用いられているツールは、主にフォールディングしたタンパク質を解析対象としていました。

現在IDPに関心を寄せている研究者の1人がCERMの化学科准教授Isabella Felli氏であり、NMR分光法を用いてIDPの研究を行っています。IDPbyNMRプロジェクト(www.idpbynmr.eu/video)の支援も受けて、Felli氏は同僚のRoberta Pierattelli氏とともに、近年CERMでこのテーマに傾注しています。

Felli氏とPierattelli氏はブルカー社と密接に協同してNMR法の改良に務めており、10年未満で炭素検出実験の感度を14倍上昇させることに成功しました。これは、炭素検出に基づくNMR実験が現在ではタンパク質全般の研究のためのルーチンツールとして利用できることを意味し、プロトン検出実験の補助となるツールが必要な場合に、特に有用です。

Felli氏は次のように述べています。「我々は、炭素検出またはプロトン検出に基づく、NMR実験用の完全なシステムを構築しました。これで、たとえばアミノ酸数が400ほどの複雑なタンパク質の研究も可能になります」。

Felli氏とPierattelli氏がPeter Tompa氏と協同してこれらのNMR実験を実施している領域の1つに、変性したタンパク質フラグメントの研究があります。複雑な分子マシンを研究した結果、いくつかのモジュールはフォールディングされているものの、ポリペプチド鎖の他の部分は天然変性状態である場合が多いことがわかりました。

一例として、彼らがXavier Salvatella氏と協同して研究した1つの天然変性フラグメントは、重要な転写因子であるアンドロゲン受容体のN末端フラグメントです。この受容体の機能不全は、神経変性状態(この例では球脊髄性筋萎縮症)の発生に関与しています。

「これらの疾患は、我々が研究しているこの第1の小片内のこれらのフラグメントが疾患の進行時に20、25、30または35のグルタミンが連続するという特徴を呈することから、polyQ病と呼ばれています」とFelli氏は言います。

当初、これがNMRスペクトル内で広範なピーク間オーバーラップを生じうる著しい高度反復配列であることから、研究者は、NMRによってタンパク質のこの部分を解析できるかについて疑問を抱いていました。

しかし、「これも、NMRによって実に膨大な知見が得られる分野です。(中略)最近開発された方法のおかげで、これらの高度反復配列のオーバーラップの多さによる限界を克服することができます」とFelli氏は解説しています。

Felli氏は、炭素検出実験によって、将来、さらに高度な分野で何が解明できるかについて、期待を寄せています。CERMが1.2ギガヘルツ分光計を入手すればおそらくアミノ酸数が1,000程度の複雑なIDPの解析を開始できる、と同氏は期待しています。

Felli氏は、今後のブルカー社との連携によって「これからの10年間で10倍ものさらなる飛躍が可能で、当然のことですが、それは高く評価されるでしょう」と語ります。