木下正弘 エネルギー理工学研究所教授、村田武士 千葉大学教授、安田賢司 同特任助教らの研究グループは、膜タンパク質を耐熱化させるアミノ酸置換を理論的に短時間で予測する手法を開発しました。
本手法により、実験的に取り扱いが困难だった多くの创薬标的膜タンパク质を大量かつ安定に调製することが可能になり、今后の创薬研究に大きく贡献できる革新技术となることが期待されます。
研究者からのコメント
今回开発した手法の适用により、実际に二通りの膜タンパク质に対して解像度の高い齿线结晶构造が初めて得られています。今后、大量调製が难しかった多くの创薬标的膜タンパク质の生产が可能となり、精製标品を用いた薬剤探索や构造および机能解析が飞跃的に进展すると期待できます。解明されたこれらの构造?机能情报は、関连する生命机能や疾病原因の理解から医薬品开発までの我が国のライフサイエンスの进展に大きく贡献できると考えています。手法の斩新性のために风当たりも强いようですが、逆にそれを粮にして、手法のさらなる改良に向けて顽张りたいと思っています。
概要
膜タンパク质は生体膜内外の情报伝达に大切な役割を果たしており、现在市贩されている薬の约60％は膜タンパク质を标的としていることが知られています。膜タンパク质を安定かつ大量に调製できるようになれば、その机能の解明や薬のスクリーニング、齿线结晶构造解析による立体构造决定が容易になります。
しかし、膜タンパク质は一般に立体构造が崩れ易い（立体构造安定性が低い）ため取り扱いが难しく、大量调製が困难でした。
タンパク质内のアミノ酸残基を他のアミノ酸に置换することで、タンパク质が耐热化し得ることが知られており、本研究では、膜タンパク质を耐热化させ立体构造を崩れ难くするアミノ酸置换を理论的に予测する手法の开発に取り组みました。
研究グループは「生体膜を形成するリン脂质の炭化水素锁集団の并进配置エントロピー（炭化水素锁集団の到达可能な微视的状态数およびそれに起因する安定性の尺度）が膜タンパク质の热安定性を决定づける最も重要な因子である」という全く新しい考え方を导入しました。そして、我々が明らかにしたアデノシン础2补受容（础2补搁）という膜タンパク质の结晶构造情报を用いて、一つのアミノ酸置换に伴う生体膜のエントロピーの利得（损失）を液体の统计力学理论と形态热力学的アプローチの统合型方法论により计算しました（図）。
得られた计算结果から、特に耐热化すると予测された二箇所のアミノ酸残基を选びました。そして実际に実験的に数种类のアミノ酸置换体を作製し、その热安定性を评価しました。その结果、的中率はおよそ80%を夸り、変性温度が7度近く上昇する耐热化1置换体も见つかりました。12度上昇する2置换体も得られました。
図：膜タンパク质の理论的耐热化法の概念図
详しい研究内容について
- 科学新闻（5月27日 2面）に掲载されました。
