浜地格 工学研究科教授、三木卓幸 博士課程学生らは、亜鉛イオンの生体内機能に関与する一連のタンパク質群を、網羅的に捕捉して解析する新しい分子技術を開発しました。
本研究成果は2016年9月13日午前0時に英国科学雑誌「Nature Methods」のオンライン速報版で公開されました。
研究者からのコメント
左から浜地教授、叁木博士课程学生
本成果は、亜鉛応答ラベル化分子の設計?合成に最先端質量分析を組み合わせた独創的なChemical proteomicsの開発を基盤としたものです。この分子技術によって、これまでシグナル分子としての正体が曖昧だった亜鉛イオンの生体内での機能解明が進展することが期待できます。また、本研究ではConditional（環境依存的） proteomicsを提案していて、この斬新なコンセプトは新しい応答分子の創出と組み合わせれば、色々な細胞環境によって変動する蛋白質群の網羅的な探索や同定につながると期待しています。
- 亜铅イオンによって活性化し、周辺のタンパク质をタグ付けできる新しい「亜铅応答分子」を开発
- 开発した亜铅応答分子を用いて、酸化ストレスを受けた细胞で刻一刻と変化する亜铅イオンの浓度と场所の変化に応じ、周辺タンパク质の种类が剧的に変化することを発见
- 开発した亜铅応答分子を用いて、细胞内で高浓度の亜铅イオン环境下にあるタンパク质を一网打尽に同定
- この新しいコンセプトは亜铅に関连するタンパク质だけではなく、他の环境変化に応じて変动するタンパク质群の时间経过に従った连続（スナップショット）解析へも応用できる。
概要
亜铅は生物にとって必须の金属元素であり、酵素の反応中心として遗伝子の発现制御や血液の辫贬调整などを司るだけでなく、発生や神経活动を制御する信号分子としても注目を集めています。実际に、脳内虚血や脳伤害、てんかんやアルツハイマー病患者の脳组织では、亜铅イオン浓度が大きく上昇することが知られています。これまでに亜铅イオン自体をイメージング（可视化）する技术が开発されており、生きた组织?细胞での亜铅イオン浓度や分布の変动を直接的に観察できるようになりました。しかし、亜铅の周辺に存在し直接／间接的に関わるタンパク质を直接调べる方法や技术は未発达であるため、亜铅が制御する现象の全体像を理解するには程远い现状でした。
本研究グループは、细胞内で亜铅イオンの周囲に存在するタンパク质を选択的にタグ付けする新しい亜铅応答分子（以下、础滨窜颈苍）を合成し、それを用いて亜铅関连タンパク质を一挙に同定?解析するこれまでにない全く新しい分子技术を开発しました。础滨窜颈苍は亜铅イオンとの结合によって活性化し、周辺のさまざまなタンパク质と反応して蛍光タグを付けることができます。また、蛍光タグを目印としてタンパク质を捕捉?浓缩し质量分析装置を用いた解析を行うことで、亜铅イオンの周辺に存在するタンパク质の种类や名前を同定できます。本手法を用いることで、脳内虚血をモデルとした酸化ストレスによって生じる亜铅イオンの浓度?分布の変动と、それに伴う周辺タンパク质の変化を捉えることができました。
また同定した周辺タンパク质を手がかりにして亜铅を最终的に浓缩するベシクル（小胞）の特定にも成功しました。础滨窜颈苍を用いた分子技术を応用することによって、刻一刻と変化する亜铅イオンの生体内动态に関係する多くのタンパク质の解析が进み、信号分子としての亜铅の実体解明につながることが期待されます。
図：亜铅イオンにより活性化して、タンパク质をタグ付けできる方法论の模式図
补：亜铅応答分子（础滨窜颈苍）が细胞内に浸透して、细胞内の高浓度亜铅环境でタンパク质をタグ付けする。その后に、タグ付けされたタンパク质を抗体を用いて浓缩して、质量分析によって网罗的に同定する。
产：础滨窜颈苍の活性化机构。亜铅イオン（窜苍 2+ ）结合部位に亜铅イオンが结合することで、反応ユニットを活性化してタンパク质をタグ付けする。
详しい研究内容について
【顿翱滨】
Takayuki Miki, Masashi Awa, Yuki Nishikawa, Shigeki Kiyonaka, Masaki Wakabayashi, Yasushi Ishihama & Itaru Hamachi. (2016). A conditional proteomics approach to identify proteins involved in zinc homeostasis. Nature Methods.
