ABC トランスポーターを介した薬剤輸送と脂質輸送
京都大学大学院農学研究科 応用生命科学専攻 細胞生化学研究室

植田和光
はじめに
薬剤トランスポーターは、薬物の体内動態（吸収、分布、代謝、排泄、ターゲット部位での薬物実効濃度）を規定し、ひいては薬物の全体的な薬理効果や副作用をも左右する。
それ故、それぞれの薬物トランスポーターの生理的役割を明らかにする研究は重要な意味を持つと思われる。本セミナーでは、ABC 蛋白質の薬物トランスポーターとしての機能とともに、最近明らかになりつつある脂質トランスポーターとしての ABC 蛋白質を紹介する。
1. ABC蛋白質とはABC(ATP-Binding Cassette)タンパク質は、２００アミノ酸に渡って配列がよく保存されたATP結合ドメインを１機能分子あたり２つもつ膜タンパク質ファミリーであり、バクテリアからヒトまで生物界に幅広く存在する。それぞれの生物で重要な生理機能を果たしている。ヒトの染色体には49のABCタンパク質遺伝子がコードされており、それらの異常によってさまざまな疾病が引き起こされることから、ABCタンパク質が生理的に重要であることがわかる。また、バクテリアからヒトまであらゆる生物において、それぞれ数十から100以上のABCタンパク質が働いている。遺伝子ファミリーとしても最も大きなもののひとつであり、生物界全体にとって重要な役割を果たしている。
2. ABC 蛋白質と薬物動態
MDR1、MRPやABCG2などの薬剤トランスポーターは様々な薬剤の体内動態を決定する重要な因子であるが、その中でもMDR1は分子量が300から2000までのさまざまな構造の脂溶性化合物を基質として輸送し、小腸からの吸収を抑制するため、多くの薬剤の体内動態に影響する。MDR1の輸送基質結合部位はリン脂質2重膜中にあると考えられており、MDR1の基質輸送は周囲の脂質環境に強く影響されると予想されるが、詳細な検討はこれまでなされていない。我々はMDR1の基質結合メカニズムを解明することを目指して、昆虫細胞発現系によって得られた精製ヒトMDR1をコレステロールを含むリポソームに再構成し、さまざまな薬剤によって誘導されるATP加水分解活性を測定した。その結果、コレステロールはMDR1と相互作用し、輸送基質とMDR1の結合を調節することによって、MDR1の幅広い基質認識に関与していることが示唆された。我々の開発したアッセイ系は様々な化合物のMDR1との相互作用を定量化する上で優れており、MDR1の阻害剤やMDR1によって排出されない化合物（たとえば脳内移行性の優れた薬物）のスクリーニングなどに有効と思われる。

3. ABC蛋白質と脂質恒常性
動物はコレステロール、脂肪酸などの脂質を体内で合成するだけでなく、毎日の食事によって外界から摂取している。吸収された脂質は代謝の場である肝臓へ輸送され、さらに肝臓からそれぞれの組織へ輸送される。また、組織から肝臓への逆輸送、小腸における吸収と排泄、胆汁中への排泄などが統合されたネットワークによって恒常性が保たれている。細胞レベルにおいても脂質は細胞膜の外層-内層間、オルガネラ間でダイナミックに輸送され、さまざまな機能を果たしている。それ故、多くの膜蛋白質が脂質の組織間、細胞内の輸送に関与していると考えられるが、いまだ脂質トランスポーターに関する知見は限られている。
ABC蛋白質のひとつであるABCA1は高密度リポ蛋白質(HDL)の形成に必須であり、その異常はタンジール病を引き起こす。このことは、リン脂質やコレステロールなどの脂質の膜を介した輸送は、濃度勾配に従った自由拡散ではなくATPに依存したトランスポーターが関与していることを示している。ABCA1はapoA‐Iにコレステロールとリン脂質を受け渡しHDLを新生する。ABCA1の変異は動脈硬化症の重要な危険因子であることが疫学的にわかっており、ABCA1の発現や活性の増強は脂質恒常性の改善の重要なターゲットである。しかし、ABCA1がapoA‐Iと相互作用した後、どのようなメカニズムでコレステロールとリン脂質をapoA‐Iに受け渡しHDLを形成しているのか。ABCA1は半減期１〜２時間で速やかに分解されるが、どのような翻訳後修飾を受けるのかなど、多くの疑問が残されている。
また、ABCA1によって形成されるのはコレステロール含量の少ないpreβ-HDLであり、さらにそこにABCG1によってコレステロールが渡されることによって成熟型HDLが形成されることが示唆されている。ABCG1はシトステロール排出に関わるABCG5、ABCG8と同様にハーフサイズのABC蛋白質であり、ABCG5/ABCG8がヘテロ２量体として機能するのに対して、ABCG1はホモ２量体として機能する。さらに、ABCG1がABCA1とは異なって、apoA-Iに非依存的にリン脂質とコレステロールを輸送することを我々は見いだした。脂質ホメオスタシスにおけるABC蛋白質の役割を紹介し、創薬ターゲットとしての重要性を討論したい。

参考文献
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Hayashi, M., et al. Heterogeneity of High Density Lipoprotein Generated by ABCA1 and ABCA7.
J Lipid Res 46, 1703-1711 (2005)3.

小林 綾 他

創薬ターゲットとしての ABC タンパク質

日薬理誌 125, 185-193 (2005)

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Kimura, Y., et al. Microanalysis for MDR1 ATPase by high-performance liquid chromatography
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7. 植田和光8.

脂質ホメオスタシスにかかわるABCタンパク質生化学

76, 525-531, 2004

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＜略歴＞
氏名植

田和光

生年月日

昭和２９年２月１５日（５２歳）

学歴

昭和５３年３月

京都大学農学部農芸化学科卒業

昭和５７年４月

京都大学農学研究科農芸化学専攻博士課程中退

学位

昭和５９年３月

京都大学農学博士

職歴

昭和５７年４月

京都大学農学部農芸化学科助手

昭和６０年７月

米国国立癌研究所へ留学

平成京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻助手

９年４月（うえだかずみつ）（昭和６２年７月まで）

平成１１年６月

同助教授

平成１５年４月

同教授

受賞

平成

日本農芸化学会奨励賞

学会関係

日本農芸化学会理事、日本癌学会評議員、日本生化学会評議員

編書

ABC 蛋白質

４年３月

現在に至る

学会出版センター(2005)