総合生命科学部 伊藤 維昭 教授らが
合成途上のタンパク質を検出する実験手法を開発
京都産業大学 総合生命科学部 伊藤 維昭 教授が責任著者である論文が、オンラインジャーナル「PLoS ONE」に掲載されました。（12月5日付）
ほかに本学からは工学部生物工学科4年次生 中森 健太、総合生命科学部 千葉 志信 助教が著者になっています。
概要
生き物の単位である細胞の中では、遺伝子を設計図として様々なタンパク質が生まれて働いています。タンパク質はアミノ酸が多数、特定の順番でつながることによって合成されます。これまで、細胞内で合成途上状態にあるタンパク質の鎖を検出する方法がなく、「合成途上鎖」は研究の盲点となっていました。京都産業大学、岡山大学、京都大学の研究グループ（代表：京都産業大学 総合生命科学部 伊藤 維昭 教授）は、完成したタンパク質と区別して合成途上鎖を検出する方法を世界で初めて開発し、合成途上鎖の全体像を“ナッセントーム”と呼ぶことを提案しました。この方法を利用して、タンパク質合成の過程が厳密な品質管理をうけている様子を明らかにしました。
本研究の成果は2011年12月 5日（米国東部時間）に 米国の科学雑誌PLoS ONEにオンライン掲載されました。
背景
生命活動には多くの個性的なタンパク質が要となって働きます。タンパク質たちは、遺伝子DNAに書き込まれ“伝令RNA（mRNA）” に写し取られた配列指令文に従った順番でアミノ酸が順次結合することによって作られます（図1）。タンパク質合成装置であるリボソームがmRNA上を走って遺伝暗号を読み取り、アミノ酸の並びに「翻訳」する作業を行います。このとき、リボソームの内部ではアミノ酸が暗号解読のアダプターとなるtRNAに結合した状態で順次結合していきます。合成途上状態のタンパク質は鎖のように伸びた状態でリボソーム内部のトンネルを通ってリボソームの外に出現していきます。この間も合成途上鎖の一方の端はtRNAに結合しており、リボソームの中心部に繋ぎ止められています（図2）。翻訳の全過程が終了すれば、tRNAとの結合が切られて、完成した鎖としてリボソームの外に生まれ落ち、特定の立体構造をとって働きます。このように進行する翻訳の全過程は数十秒から数分を要するもので、この間タンパク質は翻訳途上鎖の状態にあります。私達が生命活動を営むことが出来るのは、このようなタンパク質の合成過程が滞りなく行われて、必要なタンパク質が必要なときに働くためです。
内容
京都産業大学の研究グループは、タンパク質の中には合成途上鎖の状態で働くものが存在することを発見して、それらの意義について研究してきました。今回は、より一般的に、細胞内の合成途上タンパク質を検出する実験手法を開発しました（図3）。細胞が持つタンパク質の全体像のことを指す“プロテオーム”と言う言葉がありますが、研究チームは合成途上タンパク質の全体像を“ナッセントーム”と呼ぶことを提唱しています。ナッセントーム解析により、タンパク質合成におけるアミノ酸の結合スピードが巧妙に制御されていることなど、生物機能の実行部隊であるタンパク質誕生の謎が解明されていくことが期待されます。今回、細胞の中では不完全な設計図（mRNA）が予想以上につくり出されていることが明らかとなりました。設計図が不完全のため翻訳過程が首尾良く終了できない場合には、リボソームがmRNAの上で立ち往生してしまいます。岡山大学の研究グループは、そのようなリボソームを救出する救援隊が細胞の中に最低２種類存在していることを、大腸菌細胞の解析から明らかにしました。今回の共同研究により、リボソーム救援隊の働きを抑えると細胞内に合成途上タンパク質の鎖が多量に蓄積することがわかりました。すなわち、生き物は完全な設計図以外に出来損ないの設計図も有意につくり出しているのです。しかし、正常な細胞では、リボソーム救援隊が働いているため、翻訳装置が不完全mRNAの上で立ち往生することなく解離し、健全に働き続けることができるのです（図4）。細胞の働きは様々な過程を滞りなく進行させるための品質管理機構によって維持されていますが、遺伝情報の翻訳においても品質管理機構が重要な役割を持っていることが今回の研究によって解明されました。
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