2019年 | プレスリリース・研究成果
細胞内の亜鉛の新しい生理的役割が明らかに 亜鉛とシャペロンタンパク質ERp44による新しいタンパク質品質管理機構の仕組みを解明
【発表のポイント】
- 細胞中のタンパク質の品質管理において、亜鉛が必須の役割を果たしていることを世界で初めて明らかにしました。
- 亜鉛は、分泌タンパク質の品質を監視するシャペロンタンパク質ERp44に一時的に結合してERp44の大きな構造変化を誘導し、結合相手となるタンパク質との相互作用を促進することを原子レベルで明らかにしました。
- 細胞内でのERp44の正常な機能には、亜鉛イオンが細胞のゴルジ体に局在する亜鉛トランスポーターによって、ゴルジ体中に取り込まれることが必要であることが分かりました。
【概要】
東北大学多元物質科学研究所の渡部聡助教、天貝佑太助教、稲葉謙次教授（生命科学研究科、大学院理学研究科化学専攻 兼任）、およびサン・ラファエル研究所（イタリア）のシティア教授らの共同研究グループは、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業において、あらゆる生物の生育に必須な金属イオンである亜鉛イオンが、細胞内での正常なタンパク質の品質管理に関わるという亜鉛の新しい生理的役割と分子機構を初めて明らかにしました。細胞内では、ERp44と呼ばれるシャペロンタンパク質注１）が、細胞内で作られるタンパク質の品質を監視する役割を果たしますが、ERp44とその対象となる様々な未成熟タンパク質との相互作用が、亜鉛イオンによって促進されることが分かりました。また細胞内でのERp44の正常な細胞内局在と機能には、細胞のゴルジ体に局在する亜鉛トランスポーター注２）によって亜鉛がゴルジ体に取り込まれることが必要であることが分かりました。さらに亜鉛イオンが結合したERp44の立体構造をX線結晶構造解析注３）によって決定し、亜鉛によるERp44の構造機能制御の仕組みを原子レベルで明らかにしました。
これらの成果によって、亜鉛イオンがシャペロンタンパク質を介して細胞内でのタンパク質品質管理を行うという全く新しいタンパク質品質管理の仕組みが明らかになりました。本研究の発見は亜鉛イオンの生理的な役割をより深く理解することにつながり、亜鉛不足が原因となって発症する亜鉛欠乏症注４）や種々の疾病のメカニズム解明に向けた基盤となることが期待されます。
本研究成果は、2019年2月5日に英国科学誌Nature Communicationsに掲載されました。
【用語解説】
注１）シャペロンタンパク質
他のタンパク質の立体構造形成を補助するタンパク質群の総称で、折れ畳み途中のタンパク質の凝集を防いだり、細胞内の適切な区画への運搬を手伝う。
注２）亜鉛トランスポーター
生体膜を貫通し、膜を横切って亜鉛イオンの輸送を行う膜内在性のタンパク質。
注３）Ｘ線結晶構造解析
分子の構造を高分解能で決定する手法の一つ。分子が規則正しく並んだ結晶に強いX線を照射すると回折という現象が起こり、回折データを解析することで、結晶を構成する分子の構造を原子レベルで決定することができる。
注４）亜鉛欠乏症
人体にとって必須微量元素である亜鉛が欠乏することによって生じる疾患で、典型的な症状として、味覚障害、貧血、皮膚炎、脱毛症、発育障害、不妊症などがある。
【正常細胞】
【亜鉛不足時】
図１亜鉛とpH によるタンパク質品質管理の仕組み
亜鉛は、ZIPファミリーによって細胞内に取り込まれ、さらにZnTファミリーによって分泌経路中のゴルジ体に取り込まれる。ERp44は小胞体とゴルジ体間のpH変化を利用して、未成熟な抗体などのタンパク質ゴルジ体で捉え、小胞体に逆輸送することを過去に報告した。今回の成果によって、ERp44は亜鉛イオンと結合することによって、基質タンパク質をより強固に捉え、さらに高効率で逆輸送することを明らかにした（上図）。しかしながら、亜鉛不足状態になると、ERp44は、未成熟タンパク質を十分に捕獲できなくなり、基質タンパク質が不完全な状態で過剰に分泌されてしまう様子も観察された。
問い合わせ先
（研究に関すること）
稲葉 謙次（いなば けんじ）
東北大学 多元物質科学研究所 教授
〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平2丁目1-1
Tel：022-217-5604
E-mail：kinaba*tagen.tohoku.ac.jp(*を＠に置き換えてください)
（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所 広報情報室
〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平2丁目1-1
Tel: 022-217-5198
E-mail: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp(*を＠に置き換えてください)