広報活動

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2014年3月6日

独立行政法人理化学研究所
公益財団法人東京都医学総合研究所

タンパク質分解酵素複合体「プロテアソーム」の動態を解明

-蛍光相関分光法を使い生きた細胞内で直接観察-

プロテアソームの細胞内動態の図

今回明らかとなったプロテアソームの細胞内動態

(1)細胞質で完成したプロテアソームは速い拡散運動で細胞全体に広がる(2)細胞質の細胞小器官と相互作用しながら拡散する(3~4)横になって核膜孔を通り核内まで運ばれる(5)核内では転写因子と常に相互作用している。

プロテアソームは、細胞内にあってタンパク質の分解を行っている巨大な酵素複合体です。他のタンパク質の修飾に使われる小さなタンパク質「ユビキチン」で修飾(ユビキチン化)された不要なタンパク質を分解し、細胞内のタンパク質の恒常性の維持に中心的な役割を果たしています。近年、プロテアソーム機能の破綻が神経変性疾患などさまざまな難治性疾患を引き起こすことや、プロテアソームの酵素活性の阻害剤が血液がんに有効なことが明らかになり、基礎研究にとどまらず臨床面からも注目されています。

プロテアソームは約66個のサブユニットタンパク質で組み立てられています。しかし、細胞内のどこでその組み立てが進み完成するのか、また完成した複合体がどのような形でどこに存在するのかなど、細胞内における性質や動態はほとんど分かっていませんでした。そこで、理研と東京都医学総合研究所の研究者を中心とした共同研究グループは、プロテアームの詳細な動態の解析に取り組みました。

共同研究グループは、蛍光タンパク質をプロテアソームに結合させた酵母細胞を作製し、蛍光相関分析法を使って、生きた細胞内で直接その動態を解析しました。蛍光相関分析法は、蛍光のゆらぎを測定する手法で、溶液中や細胞内の蛍光分子の絶対濃度や大きさや形状などを決定できます。解析の結果、ほぼすべてのサブユニットタンパク質は、完成したプロテアソームに取り込まれ、完成後は安定に存在し、さらに細胞質や核内のプロテアソームの約半数は何らかの細胞小器官や、転写マシナリー(染色体内のDNAをmRNAにコピーする転写因子タンパク質群)と相互作用していることが明らかになりました。また、これまで、プロテアソームは核内で組み立てられ完成すると考えられていましたが、実際は細胞内で完成した後に核内に移行することが分かりました。

プロテアソームの動態、とくに核内では遺伝子の転写に関わっていることが示されました。今後、共同研究グループは、プロテアソームが細胞質でどの細胞小器官(ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体など)と相互作用しているか、細胞質および核内におけるプロテアソーム濃度のバランスがどのように維持されているかについて解明していく予定です。また、将来的には、プロテアソームの細胞内動態を制御する新しいコンセプトのプロテアソーム調節剤の開発を目指していきます。

理化学研究所
主任研究員研究室 佐甲細胞情報研究室
協力研究員 白 燦基 (ベク チャンギ)