研究成果 2019/06/19
奈良先端科学技術大学院大学（学長：横矢直和）先端科学技術研究科 バイオサイエンス領域の末次志郎教授の研究グループは、生体膜の小胞形成を担う新規タンパク質としてANKHD1を発見しました。さらに、細胞内外の物質輸送を担う細胞内小器官の一つである初期エンドソームが、ANKHD1の小胞形成能によって制御されることを明らかにしました。
細胞小器官は脂質膜と呼ばれる生体膜によってできています。細胞の持つ脂質膜の形態は多様なことが知られていて、脂質膜の形態は、細胞小器官でも、その機能と密接に関わっています。よく知られている現象として、輸送すべき物質と脂質膜に埋め込まれた物質の受容体が結合すると、その微小領域がくびれて袋状になったあと切り離されて小胞となり、脂質膜と一緒に輸送される現象が、細胞内の物質輸送において知られています。
しかし、細胞内小器官を含む生体膜の小胞を形成することが知られているタンパク質の数は少ないため、こうした生体膜の小胞形成を含む生体膜の形態の動的な変化機構の多くは未解明と考えられます。生体膜の形態形成を担うタンパク質の異常は、細胞内物質輸送の異常を引き起こし、細胞の恒常性の維持に重大な影響を及ぼします。
末次教授らは、温度や浸透圧感知してイオンが透過する通り道をつくるセンサータンパク質である「TRPV4」について、そのタンパク質に含まれるアンキリンリピートドメイン(ARD)と呼ばれる領域が生体膜に結合することを2014年に突き止めていました。ARDはヒトにおいて600種類以上のタンパク質に存在し、それぞれ構造的な多様性を持つことから、生体膜の形態形成を担う役割があるARDの存在が示唆されていました。そこで、本研究では、様々なタンパク質のARDと生体膜の相互作用を調べました。
600種類以上のARDを持つタンパク質の中から、発現量の多い18種類のARDを含むタンパク質を選択し、試験管内で再構成された生体膜と反応させることで、生体膜の形態形成を評価しました。その結果、ANKHD1が生体膜の小胞形成活性を示すことが見出されました。小胞形成は、細胞内物質輸送に関連することから、ANKHD1が機能する脂質膜で形成されている細胞小器官を同定するため、ANKHD1の発現を低下させた条件で様々な細胞小器官を観察したところ、初期エンドソームが肥大していました。したがって、ANKHD1は初期エンドソームから小胞を形成することで、初期エンドソームの大きさを制御し、初期エンドソームを経由する細胞内物質輸送を調節することが予想されました。
また、生体膜の小胞形成を担う仕組みを詳しく調べました。その結果、脂質膜の変形タンパクとして、末次教授らが解析を進めてきた、Bin-Amphiphysin-Rvs(BAR)ドメインという領域と類似した機構で生体膜の小胞形成を担うことを明らかにしました。ANKHD1のARDドメインもまたBARドメインと同様に、(図1)のようにタンパク質２量体を形成し、カーブしたタンパク質の構造と、生体膜に「くさび」のように打ち込まれる両親媒性ヘリックスと呼ばれるタンパク質のらせん状の部分構造を用いて、生体膜をくびれ切ると考えられました。以上の研究成果からANKHD1は、ハサミで切るように小胞形成を行い (図1)、小胞形成は、初期エンドソームの大きさの制御に重要であることを解明しました (図2)。
細胞においては、細胞内小器官同士は、生体膜の切断によって形成される小胞によって互いの物質輸送や情報伝達を行っています。本研究は、小胞輸送を担う初期エンドソームの小胞形成に関与する未解明のタンパク質を同定したことで、生命の根源的な理解を深めます。
この研究成果は、米国のCell Pressの学術誌「iScience」オンライン版に2019年6月17日に掲載されました。
