大型放射光施設 SPring-8

公開日

2018年09月07日

2018年9月7日
東京大学
武蔵野大学
明治薬科大学

発表のポイント：
◆ファルネシル化RhoAとSmgGDS-558という2つのタンパク質の複合体結晶構造を決定しました。
◆RhoAに対するSmgGDSのグアニンヌクレオチド交換促進機構および翻訳後脂質修飾の認識機構を明らかにしました。
◆本研究成果は、低分子量Gタンパク質やSmgGDSを標的とした抗癌剤の開発に繋がることが期待されます。

＜研究の背景＞
　低分子量Gタンパク質は細胞内シグナル伝達のスイッチとして働くタンパク質群であり、GTP結合型とGDP結合型を行き来することで細胞増殖や骨格形成といった重要な機能を制御しています。低分子量Gタンパク質のGDP/GTP交換はグアニンヌクレオチド交換因子（guanine-nucleotide exchange factor: GEF）によって制御されており、これらの機能異常は癌などの重大な疾患に繋がります。SmgGDSは低分子量Gタンパク質RhoAに対するGEFの一つであり、GEFの中では唯一アルマジロリピートモチーフ（Armadillo-repeat motif: ARM, ^注1）と呼ばれる構造単位のみで構成されていることで知られています。既知のGEFにみられる活性ドメインを一切持たず、どのような仕組みでGEFとして機能するのかについては長きにわたり不明でした。また、SmgGDSはARM数の異なる2つのスプライスバリアント^（注2）アイソフォーム（SmgGDS-558, SmgGDS-607）から成っています（図1）。近年になりSmgGDS-558は翻訳後脂質修飾を受けたRhoAをSmgGDS-607は未修飾のRhoAを強く認識しGEF活性を発揮するということが見出されてきました。しかし、これら脂質修飾の認識に関してもSmgGDSの構造解析が進んでいないため、その詳細な分子機構については不明なままでした。

＜研究の内容＞
　本研究グループは、大型放射光施設 SPring-8^（注3）のBL44XUおよび高エネルギー加速器研究機構 Photon Factory の強力な X 線を用いて、SmgGDS-558と脂質修飾したRhoAの複合体のX線結晶構造解析に成功しました。構造解析の結果、SmgGDS-558はRhoAと1:1の複合体を形成していました。SmgGDS-558によるRhoA認識部位は主に二か所あり、一つはRhoAのSwitch IIと呼ばれるグアニンヌクレオチドの結合に重要なモチーフで、もう一つはRhoAの脂質修飾部位でした（図2）。SmgGDS-558はRhoAのSwitch II大きな構造変化を誘起し、グアニンヌクレオチド結合部位を不安定化することでGDP/GTPの交換を促進していることが明らかになりました。また、RhoAの脂質修飾部分はSmgGDS-558の疎水性ポケットに収容されており、これは構造上SmgGDS-607には存在しないARM　BとDの境界部部分でした。 SmgGDS-558とSmgGDS-607がARM1つの違いによってRhoAの脂質修飾有無を区別しGEF活性を発揮するということが分子構造上初めて明らかとなりました。

＜今後の展開＞
　低分子量Gタンパク質は多くの癌において創薬上重要なターゲットの一つとされています。本研究により低分子量Gタンパク質やSmgGDSを標的とした治療薬の開発に寄与すると考えられます。
　本研究は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業（CREST）、科学研究費補助金、公益財団法人 武田科学振興財団助成金、公益財団法人 上原記念生命科学財団、公益財団法人 内藤記念科学振興財団などの外部資金支援を受けて行われたものです。

用語解説：
注1) アルマジロリピートモチーフ
タンパク質にみられる構造単位。3つのαへリックスからなる繰り返し構造であり、蛋白質間の相互作用に重要であると考えられている。

注2) スプライスバリアント
真核細胞においてRNA前駆体からイントロンを除去しエキソン同士を繋げる反応がスプライシングであるが、このスプライシングには多様性があり、同一の遺伝子から構造の異なる複数のタンパク質が生産されることがある。

注3) 大型放射光施設SPring-8
SPring-8の施設名はSuper Photon ring-8 GeV（ギガ電子ボルト）に由来します。兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所の施設であり、その運転と利用者支援などは高輝度光科学研究センターが行っています。