【主催】文部科学省ターゲットタンパク研究プログラム公開シンポジウム実行委員会【プログラム】
10:00-10:10

文部科学省挨拶

10:10-10:30

ターゲットタンパクプロジェクトの現状
月原 冨武（兵庫県立大学）【座長】 岩田 想（京都大学）

10:30-11:30

特別講演：Structure and Function of the G-protein Coupled
Receptor Family
Raymond C. Stevens（米国 SCRIPPS 研究所）

【解説】 岩田 想

11:30-12:30

ポスターセッション１

12:30-13:15

昼食

13:15-14:00

ポスターセッション２【座長】 中島 春紫（明治大学）

14:00-14:35

フロリゲンはいかに花を咲かせるのか？：
機能と構造からその謎に迫る
島本 功（奈良先端科学技術大学院大学）【座長】 米田 悦啓（大阪大学）

14:35-15:10

創薬に繋がる V-ATPase の構造、機能の解明
村田 武士（京都大学）

15:10-15:45

タンパク質を膜透過させる分子装置
濡木 理（東京大学）

15:45-16:45［平成20年度］
ターゲットタンパク研究プログラム公開シンポジウム

ターゲットタンパク研究プログラムから見える未来 2

ポスターセッション 3【座長】 植田 弘師（長崎大学）

16:45-17:20

環境応答の分子・構造基盤
山本 雅之（東北大学）

17:20-17:55

タンパク質の生産・解析・インシリコスクリーニングに基づく制御化合物創出への挑戦
長野 哲雄 ( 東京大学 )17:55-18:00

閉会の挨拶

18:15-20:30

交流会※プログラムは一部変更となる場合があります。

東京国際フォーラムホール B5
平成 21年 1月 15 日
【お問い合わせ先】
株式会社クバプロ 〒102-0072 千代田区飯田橋3-11-15 UEDAビル 6階
TEL：03-3238-1689 FAX：03-3238-1837 E-mail：symposium@kuba.jp

予稿集

10:10〜
10:30

ターゲットタンパクプロジェクトの現状

兵庫県立大学大学院生命理学研究科

月原 冨武る。しかし、これらの技術は「構造・機能に関する殆どであり、3 年間で決着がつくのは稀なケースか

個別研究」からの要請に応える独創性のあるターもしれないが、結晶を得ることに成功した事例もでゲットに適用されて初めて高く評価されるものであてきた。今後の発展を長い目で見守る必要がある。

る。まだこうした適用例は多くないが、今後増えるプログラム全体で研究をダイナミックに推進することを期待したい。「構造解析法」では、X 線結晶

ためには、「技術開発」と「基本的生命」、「医学薬構造解析とNMR 構造解析の研究がある。X 線解析学」、「食品環境」の連携のみならず、各区分内ででは微小結晶対応のビームライン、硫黄原子の異の連携を強めることが必須である。そのために、情常散乱対応のビームラインの建設に取り組んでお報プラットフォームを本プログラム推進の重要な課り、3 年間で完成する予定で着実に進んでいる。

題に設定している。ポータルサイトを利用したプロ

SAIL 法による NMR 構造解析は成熟度の高い手法

グラム内での情報交換も始まった。その他ホームになっており、適用事例を増やすことが課題になっページの構築は順調にされており、成果の増加ととている。

もにプログラム外への情報発信も一層活発になると「ターゲットタンパク研究プログラム」は、構造究の実施において飛躍的な技術革新を必要として「構造・機能に関する個別研究」はいずれも挑戦

生物学の進歩を背景に平成 19 年度から 5 年間の予いる。極端な言い方をすれば、これまでは構造決定的な研究目標を設定している。それぞれの課題につプログラムで企画する種々の研究会等において定で開始された。本プログラムは、「タンパク 3000

できるタンパク質の構造を決定して、その結果を生いて、従来から継続して実施している場合と、これは、研究代表者間だけでなく若手研究者が直接討

プロジェクト」や「タンパク質解析基盤技術開発」

命現象の理解に活かすという研究展開であった。

まで全く構造研究を行っていなかった生化学者が初論できる機会を多くするようにしている。これは、から産み出されている成果及び整備された基盤を最一方、このたびのプログラムでは、生命の理解等にめてタンパク質の結晶構造解析に取り組む場合が研究成果を挙げるだけでなく、研究を実施する過大限に活用しつつ、現在の技術水準では解明が極必要とする構造研究を、それが困難であろうとも実ある。前者のケースでは既に、構造決定に成功し程で優れた若手研究者が輩出されることを願っていめて困難であるものの、学術研究や産業振興に欠施するスタイルをとっている。このことは、タンパ

トップジャーナルに掲載された成功例もでてきた。

ることによる。

かせない重要なタンパク質をターゲットに選定し、ク質の生産・解析技術に対して厳しい要求を突き

後者のケースは3 年間で構造決定にまで持ってゆく

公開シンポジウムはプログラムの研究について、

タンパク質の生産・解析・制御等を一体としてそつけることになる。これらの技術がずいぶん進歩しのは至難のことであるが、構造の研究者と機能の研

広くご意見を頂く良い機会であり活発な討論を期

れらの構造・機能解析を目指している。競争的資たとはいえ、まだまだ「可能な場合がある」という究者が連携を強めて精力的に構造解析に向けて研待したい。

金制度の下に実施されるプログラムとして、タンパ

段階であり、「構造を必要に応じて決めることが可究を展開している。困難が予想される研究課題がク質の構造・機能解析のための技術・研究開発 10能」というにはほど遠い。この問題を克服するため

課題及び、基本的な生命の解明 12 課題、医学・薬に、「タンパク質の構造・機能解析のための技術・学等への貢献 10 課題、食品・環境等の産業応用研究開発」が独自の主要な課題として設定されてい11 課題を選定してタンパク質の構造・機能解明をる。

行う研究を進めている。

期待できる。

構造・機能研究の出口として増えてきた創薬な本プログラムが実施されるに至った構造生物学のどに足がかりを作る化合物ライブラリーを取り込ん

状況を振り返ることから、順次プログラムの内容をでいるのも、本プログラムの大きな特徴になってい紹介したい。1960 年前後に最初のタンパク質の Xる。この化合物ライブラリーは単に構造・機能研

線構造解析が成功して以来、タンパク質の構造の究の出口としてのみならず、構造・機能研究その研究は脈々と続けられて来た。その間タンパク質のものにも活用されている。

生産・解析技術の進歩によって構造解析例は増え

個々の研究の進展状況は本シンポジウムにおけるて、今日タンパク質データバンクに登録されている

口頭発表やポスターで詳しく報告される。ここでタンパク質の立体構造は 5 万を越えている。そしは、「技術・研究開発」と「構造・機能に関する個て、タンパク質の構造研究は機能研究と一体化し別研究」について概観する。「技術・研究開発」研て展開されるのが通例になり、創薬等への応用にま究では、大きく分けて「タンパク質生産」と「構造で展開されるケースもでてきた。こうしたタンパク解析法」がある。「タンパク質生産」では膜タンパク

質立体構造の量的拡大は、新たな研究領域におけ質、タンパク質複合体などこれまで成功例の少ない

る構造研究の動機を呼び起こしている。そのこと

タンパク質の発現方法の開発が行われている。そのが、生命の基本原理の理解や医学・薬学及び食結果、開発された技術が有効に適用されたケース

品・環境等への応用のために必要な構造を明らかもでてきており、中には成熟度の高い技術もでてきにする本プログラムに繋がったと言える。

た。約 1 年半の研究期間であるが、実施者のこれ本プログラムは、従来の構造生物学の連続的なまでの積み重ねの延長線上にある研究がなされてい延長線上に設定されているように見えるが、構造研るために、比較的順調に立ち上がっていると言え1

月原 冨武（つきはら とみたけ）
兵庫県立大学大学院生命理学研究科特任教授。理学博士。
1967 年大阪大学薬学部製薬化学科卒業。69 年大阪大学大学院理学研究科修士課程修了。
71 年鳥取大学工学部助手、73 年鳥取大学工学部講師、78 年鳥取大学工学部助教授、91 年徳島大学工学部教授
を経て、95 年大阪大学蛋白質研究所教授。2008 年 3 月大阪大学退職後、08 年 4 月より現職。
専門は蛋白質結晶学。特に生体超分子。
87 年日本結晶学会賞受賞。
共著に『たんぱく質の姿、形とその働き』（大阪大学出版会）などがある。

2

10:30〜
11:30

Structure and Function of
the G-protein Coupled Receptor
FamilyDepartment of Molecular Biology, The Scripps Research InstituteRaymond C. Stevens

G protein-coupled receptors comprise theout of the binding cavity by a set of disulfide

largest family of human eukaryotic signal trans-

bridges and unique structural motifs. An exciting

duction proteins that communicate across thediscovery is the role of cholesterol in receptor

membrane. We recently solved the crystal struc-stability and potential function.

ture of the human β2-adrenergic receptor boundinclude the determination of representative mem-to the partial inverse agonist carazolol and timolol

bers from the different branches of the GPCR

at 2.4 Å and 2.8 resolution Å, respectively. Morephylogenetic tree (Figure 1) including class A, B,

recently, we determined the structure of theand C GPCR’s, as well as the receptors bound tohuman adenosine A2a receptor bound to theagonists and G-proteins in an activated state.

Future studies

antagonists ZM281345 at 2.6 Å resolution. The
structures provide a high-resolution view of aThis work was supported by the NIGMS

human G protein-coupled receptor bound to dif-

Protein Structure Initiative (ATCG3D) and thefusible ligands. Ligand-binding site accessibility is

NIH Roadmap Initiative (JCIMPT).

Figure 1. GPCR phylogenetic tree with green flags on the GPCR targets currently under structure
investigation. Pictures are shown for the 4 structures currently known out of the several hundred class
A GPCR’s.

enabled by the extracellular loops which are held

Raymond C. Stevens
Department of Molecular Biology, The Scripps Research Institute10550 North Torrey Pines Road, La Jolla, CA 92037

Raymond Stevens is currently a Professor of Molecular Biology and Chemistry at The Scripps Research Institute in La
Jolla, California where he focuses on understanding the basic principles of neurobiology and the associated disease statesthat affect mankind. After growing up in Maine and obtaining his B.A. degree there in 1986, Dr. Stevens obtained his
Ph.D. in organic chemistry with Professors Robert Bau and George Olah (Nobel Prize 1994) at the University of Southern
California in 1988 and conducted his post-doctoral research in structural biology with Professor William Lipscomb(Nobel Prize 1976) in the Chemistry Department at Harvard University. Prior to moving to Scripps in 1999, Dr. Stevens
was a Professor of Chemistry and Neurobiology at the University of California, Berkeley. Dr. Stevens helped to pioneer
the area of high throughput structural biology and has published more than 220 peer reviewed publications in the past 15
years, focusing primarily in the area of structural biology and structure based drug discovery including involvement in thedevelopment of TamiFluTM for influenza, PhenoptinTM for mild phenylketonuria, PhenylaseTM for classical phenylketonuria, and pegylated BoToxTM for neuromuscular disorders such as cerebral palsy. Dr. Stevens has received numerous
awards for his research, including the Sidhu Award (1992), the National Science Foundation’s Presidential Young
Investigator Award (1994), Beckman Foundation’s Young Investigator Award (1994), Lawrence Berkeley Laboratory
Outstanding Performance Award (1995), Jouan Robotics Award (2003), and the USC Alumnus of the Year Award (2005).
Dr. Stevens has also founded multiple biotech companies including Syrrx (acquired by Takeda), and MemRx (acquired by
Chiron/Novartis) and NIH research centers including the Joint Center for Structural Genomics and the Joint Center for
Innovative Membrane Protein Technologies. Most recently, Dr. Stevens has been successful in his 16 year quest to generate GPCR structural data to provide insight into the basic science and drug discovery of this important family of humanreceptors.

3

4

14:00〜
14:35

フロリゲンはいかに花を咲かせるのか？:
機能と構造からその謎に迫る

奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科

島本功

1936 年にロシアの科学者、Chailakhyan は短日物であるイネの全ゲノム配列が解読され、モデル植植物であるキクを用いて、植物がどの器官で日長を物として分子遺伝学、分子生物学的な解析を行う

感じ、花成を誘導しているのかを明らかにした。キことが可能になった。そして、光周性花成経路にクの茎頂付近もしくは葉にのみ光が当たるようにし関わる遺伝子の探索と特定およびその機能の解析た植物を用いて、どちらの条件で花が誘導されたかが行われた。その結果、シロイヌナズナでは長日条を調べた結果、葉に光が当たるようにした場合にの件特異的に FT 遺伝子 が、イネでは短日条件特異み花成が誘導され、茎頂付近に光があたるようにし的に Hd3a 遺伝子 が発現することで、それぞれのた場合には、花の誘導が確認できなかった。この実

光周性花成を誘導していることが明らかとなった。

験の結果は、植物が葉において日長を感じ取るこ

イネ花成促進遺伝子 Hd3a は、短日条件下に置とで、花成の誘導を促進していることを示していかれたイネの明期開始時に発現のピークを示す日周る。また、日長を感じ取る場（葉）と実際に花成が変動を示し、長日条件下ではほとんど発現しない。

おきる場（茎頂分裂組織）が空間的に離れているこ

またこの遺伝子をイネにおいて恒常的に発現させたとから、花成を促進する日長におかれた植物の葉に形質転換体は早咲きの表現型を、発現を抑制した

おいて花成を促進する何らかの物質が作られ、それ形質転換体は遅咲きの表現型を示す。イネにおいが茎頂に運ばれることにより花成を促進しているとてどの組織でHd3a mRNA が発現しているのかを詳考え、この物質のことを花成ホルモン、フロリゲ

細に調べた結果、Hd3a mRNA はイネの葉でのみ高1ン、と名づけた 。

に、Hd3a に蛍光タンパク質 GFP 遺伝子をつなげ、光が観察された（図 1）。これらの結果から、この茎イネに導入した。この形質転換体を短日条件下で頂分裂組織で検出された Hd3a-GFP は維管束で発育成したところ野生型にくらべ、早咲きの表現型

現した Hd3a-GFP が茎頂分裂組織まで運ばれた結を示した。このことは、Hd3a-GFP 融合タンパク質

果である可能性が高いと考えられた 。

4が花成の促進の機能を持つことを示している。続いこれらの結果を合わせ考えると、花成誘導条件のて、Hd3a-GFP タンパク質の蛍光がイネのどの組織

日長に置かれた植物体の葉の維管束で発現したで観察されるか、形質転換体植物の茎頂分裂組織

Hd3a/FT 遺伝子は、翻訳されタンパク質となったを含むように縦断切片を作製し、その切片をレー後、維管束を通じて茎頂分裂組織近傍まで運ばれ、ザー蛍光顕微鏡により観察した結果、Hd3a-GFP

その後に茎頂分裂組織まで移動し、他のタンパク質の蛍光は維管束周辺と思われる領域および茎頂分と相互作用し、花成を誘導していると考えられる

裂組織およびその周辺においても Hd3a-GFP の蛍（図 2）。さらにこの結果は、これまで長年にわたり

23い発現が検出され、それ以外の組織特に茎頂分裂

近年、長日植物であるシロイヌナズナと短日植

組織において発現はほとんど検出されなかった。次図2

イネの花成誘導モデル図

短日条件で特異的に発現誘導される Hd3a は、タンパク質に翻訳されたのち、維管束組織を通じて茎頂分裂組織に運ばれ花成を誘導する。

図3
図 1 形質転換イネの茎頂分裂組織およびその周辺部におけるHd3a-GFP 融合タンパク質の局在。白線部で囲われた領域に Hd3a:GFP 融合タンパク質の蛍光が観察される。（a）明視野像、（b）蛍光像5

Hd3a タンパク質の細胞内局在

Hd3a-mCherry 融合タンパク質及び核のマーカーとして NLS-mOrange をイネ培養細胞に一過的に発現させた。Hd3a-mCherry は核と細胞質の両方に局在する。（Hd3a）は Hd3a-mCherry、（Nucleus）は核のマーカーとして NLS-mOrange の蛍光を示す。（Merged）は両者の蛍光像と明視野像を合わせたもの。

6

実体が謎であったフロリゲンの実体がHd3a/FT タン
4,5いる。また、フロリゲンは多くのタンパク質と相互パク質である可能性が高いことを示している 。す作用をするということも明らかになって来た。そこ

なわち提唱されて以来 70 年を経てその実体が明らで、現在 Hd3a フロリゲンとその相互作用因子の構かになったわけである。

造に関して解析を行っている。これらの知見が明らではHd3a/FT フロリゲンはいかに花を咲かせるのかになることで、花を自在に咲かせたり、作物の開か？その実体は分かったものの、フロリゲンが花を花・収穫をコントロールしたりする新しい技術が将咲かせるメカニズムについてはまだほとんど分かっ

来花開くことが期待できる。

創薬に繋がる V-ATPase の構造、機能の解明ていない。我々はそのため Hd3a と相互作用をする
タンパク質の探索を行ってきた。その機能及びフロリゲンとの相互作用を現在解析中である。きわめて興味深いことに、フロリゲンが花を作るのみならず他の器官の形成にも関与するという結果が得られて

1.
2.
3.
4.
5.

Chailakhyan, M.K. C.R. Acad. Sci. URSS 13, 79（1936）.
.
Abe M. et al., Science 309, 1052（2005）.
Hayama Y. et al., Nature 422, 719（2003）.
Tamaki S. et al., Science 316, 1033（2007）.
Corbesier L. et al., Science 316, 1030（2007）

京都大学医学研究科／理化学研究所 SSBC

村田 武士

生物学・生化学・構造生物学的研究を展開してき要旨た。本研究はターゲットタンパク研究の「基本的生V-ATPase は、真核生物の空胞系膜に存在する命の解明」分野に採択された。下記にその達成目標

プロトンポンプである。複雑なサブユニット構造かや研究体制、現在までに得られた成果について紹らなる超分子複合体であり、親水性の触媒頭部部

介する。

＋

分（V1 部分）と H 輸送を担う膜内在性部分（Vo部分）から構成される（図 1A）。回転触媒機構に

達成目標

より ATP の加水分解エネルギーを使ってプロトン

本研究ではバクテリア V-ATPase の構造・機能を小胞内に輸送し、内部を酸性化する。また、V-研究をさらに進め、V-ATPase の分子メカニズムのATPase は破骨細胞やガン細胞の細胞膜にも多く発解明を目指す（図 1-B）。また、ヒト V-ATPase サ現している。本酵素による酸性環境異常が骨粗鬆

ブユニットの構造・機能解析を行い、真核細胞 V-症やガン転移の原因の一つであり、その特異的阻ATPase の多機能性や上記疾患などについて考察す

害剤はこれら疾患の新しい治療薬として期待されてる（図 1-C）。さらにバクテリアV-ATPase のサブユいる。このように V-ATPase は医学・生理学的にニット構造を使ったインシリコスクリーニング、化もエネルギー変換装置としても非常に興味深く、生合物ライブラリーからのスクリーニング、有機合成

体内で最も重要な酵素のひとつである。

を行 い、 骨 粗 鬆 症 やガンの治 療 薬 に繋 がる V-

我々は原核生物（バクテリア）にも類縁酵素が存

ATPase の特異的阻害剤の創出を目指す（図 1-D）。

在することを発見し、バクテリアV-ATPase の分子

島本

功（しまもとこう）

奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科教授。Ph.D.
1974 年京都大学農学部農林生物学科卒業、80 年ウイスコンシン大学遺伝学 Ph.D.。スイス Friedrich Miescher 研究所研究員、三菱化成植物工学研究所主任研究員を経て、94 年より現職。
専門は植物分子遺伝学。特に花の咲くしくみ、植物が病気から身を守るしくみに関心をもつ。
1991 年日本遺伝学会奨励賞、94 年日本育種学会賞、2000 年木原財団学術賞受賞。
著書（共著）に『Molecular Biology of Rice』（Springer、1999 年）、『分子レベルからみた植物の耐病性』（秀潤社、
2004 年）、『植物における環境と生物ストレスに対する応答』（共立出版、2007 年）などがある。

図1

7

研究の流れ

8

14:35

〜
15:10

研究の連携体制分担機関である理化学研究所で V-ATPase の生産を行い、機能解析及び阻害剤のスクリーニングを行う。精製標品を代表機関である京都大学に郵

ブユニット D の結晶を得ることができた。今後は（Takeda et al., Biophy. J., in press）。

送し、結晶化及び構造解析を行う。その構造を基結晶化スクリーニングを継続し、良質の結晶が得化合物ライブラリーからのスクリーニングに分担機関である静岡県立大学で新規阻害剤の合られしだい X 線結晶構造解析を行う。

成を行う。

V-ATPase の特異的阻害剤の創出に、制御領域が保有するすべての化合物（約 8 万

既知 V-ATPase 阻害剤の阻害機構

種）からのスクリーニングを行っている。現在 2 万 4バクテリアV-ATPase のATPase 活性阻害を指標

F 型 V 型の両 ATPase の阻害剤として知られる阻

千種類のスクリーニングが完了し、IC50 が 10μM

害剤 DCCD と膜内リングとの共結晶構造及び上記

以下の 123 種類の新規阻害剤を見いだした。現在、22＋で記載した Na 結合活性測定により、阻害機構を

これら阻害剤と阻害剤結合候補の膜内リングとの分子レベルで明らかにした（論文準備中）。環境ホ

共結晶構造解析を行っている。得られた構造を基ルモンであるトリブチルチンクロライド（TBT）の阻にインシリコスクリーニングや有機合成を行い、創害様式を 1 分子計測により解析し、ATP 結合直後薬に繋がる新規阻害剤の開発を目指す。

に起こるステップ回転を阻害することを示した

図2

研究の連携体制

成活性測定系を確立し、膜電位がなくても pH 勾

研究成果

配だけで合成反応が起こることがわかった（Toei

バクテリア V-ATPase の分子メカニズムの解明

et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 104, 20256-

構造解析について20261, 2007）。イオン輸送メカニズムを明らかにす22＋

好熱菌由来 V-ATPase の A3B3 複合体の X 線結晶る目的で、界面活性剤中での膜内リングへの Na構造（2.5 Å分解能; Rfactor 25 ％）を V-ATPase とし結合測定系を確立した。 Na 結合・解離の酵素学

22＋て初めて明らかにした（論文準備中）。また、EG 複的性質や Li 結合型膜内リングの X 線結晶構造と合体結晶の 2.5 Å分解能でのデータ収集に成功し、Na 結合型の構造と比較することにより、本酵素の構造解析を進めている。腸球菌由来 V-ATPase のイオン選択性及びイオンの結合・解離のメカニズム

EGa

N 末ドメイン複合体の X 線小角散乱による溶液構造を明らかにした（Yamamoto et al., J. Biol. Chem.,を明らかにした（Murata et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. U.S.A., 105, 8607-8612, 2008）。

村田 武士（むらた たけし）
ヒト V-ATPase サブユニットの構造・機能解析
ヒト V-ATPase の立体構造情報は報告されてい機能解析について
V-ATPase の基本的な生化学的性質を明らかにない。我々はアイソフォームを含む全サブユニット

するために、ATP の加水分解反応の 1 分子測定系（23 種類）について、大腸菌無細胞タンパク質合成を改良し、好熱菌由来 V-ATPase の酵素学的パラ系を用いて発現のスクリーニングを行った。サブユ

メーターを明らかにした（Nakano et al., J. Biol.

ニット D、F、d1、d2 の大量発現・精製に成功し、Chem., 283, 20789-20796, 2008）。さらに、ATP 合

それぞれ結晶化スクリーニングを行ったところ、サ

9

V-ATPase の構造モデル＋

283, 19422-31, 2008）。これらの構造情報を取り入れた V-ATPase の全体構造モデルを図 3 に示す。

図3＋

京都大学医学研究科分子細胞情報学助教／理化学研究所生命分子システム基盤研究領域客員研究員。工学博士。
1995 年東京理科大学基礎工学部生物工学科卒業。2000 年東京理科大学大学院博士課程修了。
2000 年 9 月から 05 年 3 月まで日本学術振興会特別研究員、MRC postdoctoral fellow、日本学術振興会海外特別研究員として英国 MRC にて博士研究員。05 年 4 月理化学研究所基礎科学特別研究員を経て、07 年 7 月より現職。JST ERATO 岩田プロジェクト・グループリーダー兼任。
専門は構造生物学。特に膜タンパク質の X 線結晶構造解析。
学部生のときから現在まで V-ATPase の構造と機能の研究を継続し、筆頭著者として JBC（7 報）を中心にScience、PNAS 等に研究成果を報告している。

10

15:10〜15:45

タンパク質を膜透過させる分子装置

東京大学医科学研究所

濡木理

タンパク質が生体内で適切に機能するためには、

タタンパク質であるSecA ATPase がSecY と相互作

タンパク質の合成の場である細胞質から各細胞内用して膜透過反応を起こすことが知られています

小器官へと運ばれたり、細胞表面に分泌されたりが、その詳細なメカニズムは不明のままとなっていする必要性があります。その過程において、多くのました。

タンパク質は、生体膜を越えて輸送されていきま

本研究では、高度好熱菌由来 SecYE 複合体の立す。生体膜は通常イオンなどの小分子すら透過さ

体構造を X 線結晶構造解析によって決定し（図 1）、せない性質（膜透過障壁）を保っていますが、生体その構造をもとに機能解析を進めました。その結膜には巨大なタンパク質を輸送するためにSec トラ

果、Sec トランスロコンはタンパク質の膜透過にとンスロコンと呼ばれるタンパク質を膜透過させる為もなって少なくとも 2 つの状態（プレオープン型との孔が存在しています。Sec トランスロコンは通常

クローズド型）（図 2）をとることが明らかとなりま

は閉じており（クローズド型）、タンパク質が膜透過した。プレオープン型ではクローズド型と異なり、するときのみ開きます。Sec トランスロコンを介し細胞質側の矢印で示した部位に疎水性の凹みが存たタンパク質の膜透過は、生物が生きていくために在し、膜透過するタンパク質との相互作用部位を必須の機構であり、国内外で基礎研究が盛んに進形成していると考えられます。

められています。 細菌においては膜タンパク質

さらに我々は SecA との相互作用の研究を進めた

SecYE 複合体がSec トランスロコンを形成し、モー

結果、SecY と SecA との特異的相互作用部位を同定し、SecA との相互作用によりSecY がクローズド型からプレオープン型へ構造転移することを示しました。一方、SecA も SecY との相互作用によって

図2

Sec トランスロコンのプレオープン型とクローズド型

プレオープン型とクローズド型の Sec トランスロコンのタンパク質の表面を示しました。膜貫通領域をそれぞれ色分けして表示し、膜貫通領域の番号を表記しました。プレオープン型では 2 と 8 で表される領域が大きく開き、疎水性の凹みが形成されていることが分かります。

図3

SecYE と SecA 間の相互作用モデル

SecA は 4 つの領域（NBF1、NBF2、IRA1、PPXD）からなります。SecA が SecYE 複合体と相互作用すると、矢印のように SecA、SecYE ともに構造変化が起こり活性化された後、膜を透過する基質タンパク質（preprotein）が SecA から SecYEの疎水性の凹みに受け渡されタンパク質の膜透過が開始するモデルを提唱しました。

SecA の内部にある IRA1 と NBF1 という領域の間が広がる構造転移を起こすことを突き止めました（図 3）。ここに示した構造変化によって SecYE、
SecA が共に活性化状態となり、タンパク質の膜透濡木

過反応を開始するとのモデルを提唱しました。本研

東京大学医科学研究所基礎医科学部門教授。理学博士。

究結果は、世界的に活発に研究が進められている

1988 年東京大学理学部生物化学科卒業。93 年東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻博士課程修了。博士（理学）（東京大学）取得。
93 年日本学術振興会特別研究員 PD、94 年理化学研究所基礎科学特別研究員、95 年東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻助手、2002 年東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻助教授、03 年東京工業大学大学院生
命理工学研究科生命情報専攻教授を経て、08 年 4 月より現職。
専門は構造生物学。特に遺伝暗号翻訳、膜輸送およびシグナル伝達。現在は神経細胞が感覚を受容したり神経伝達を行うために働く膜輸送体の構造機能相関を解明することに関心を持つ。
99 年日本結晶学会進歩賞、05 年手島工業教育資金団手島記念研究賞、07 年手島工業教育資金団手島記念研究賞、07 年文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門）を受賞。
著書に「アミノアシル tRNA 合成酵素 aaRS の tRNA 認識機構」（蛋白質核酸酵素、2001 年）、「RNA 成熟マシー
2＋（蛋白質核酸酵素、ン」（実験医学、2005 年）、「MgtE トランスポーターによる Mg のホメオスタシス機構」
2008 年）がある。

タンパク質の細胞内での動きや配置などの研究分野に大きな影響を与えることとなりました。今後、さ図1

SecYE タンパク質の構造モデル

らなる構造解析、生化学的解析によって近い将来

SecY は、10 回の膜貫通領域（TM1-TM10）を持っていて、内部にはタンパク質の透過孔が存在しています。この透過孔は通常、プラグによって閉ざされています。細胞内から細胞外へとタンパク質の膜を越えての輸送が起こるときには、細胞内の突出した領域に SecA が相互作用した後、プラグが外れ SecY の透過孔が大きくなります。SecE は 1 回の膜貫通タンパク質で SecY の構造を鎹のように支えています。

11タンパク質膜透過機構の全容が明らかとなると期待
されます。

理（ぬれき

おさむ）

12

16:45〜17:20

環境応答の分子・構造基盤

東北大学医学系研究科

動物は、体内に酸素を取り込んで炭水化物などを燃やし、エネルギーを得ている。一方、鉄が酸素

山本 雅之

合体を形成して関与している。親電子性物質は

Nrf2 および Keap1 の遺伝子欠失変異マウスの解Keap1 による Nrf2 の代謝回転を阻害することで、

析から、Nrf2-Keap1 制御系が種々の呼吸器疾患の核内の Nrf2 量を高め、転写誘導を行っている。私病因に深く関与することが明らかとなった。Nrf2

たちは最近、Nrf2 と Keap1 の相互作用に必要な領は慢性閉塞性呼吸障害発症の重要な発症要因であ域をそれぞれの分子の上で同定し、さらに、詳細なる。一方、Keap1 の点変異・機能障害は肺癌細胞

Nrf2 と Keap1 の相互作用の様式を NMR 解析と Xで高率に発見される。本研究により、外来異物あ

線結晶構造解析により明らかにした（図 2）。そのるいは活性酸素種に対する応答の基本原理の一端

結果、1 分子の Nrf2 が、分子内 2 カ所の結合部位が解明され、それが個体の適応・応答機構においを利用して 2 分子の Keap1 に結合し、「蝶番と閂」て、また、呼吸器疾患発症において、いかなる貢を形成してセンサー機能を形成していることを明ら献を果たしているのかが明らかになるものと期待さかにした（図 3）。

れる。

タチオンやグルクロン酸などを抱合する第 2 相解毒
酵素群の誘導発現によってもたらされる。

により錆びていくように、酸素は生体にとっていた

これらの事象の分子基盤を探る研究を通して、みの原因になる重大な環境ストレスである。生体

私たちは先に、生体が親電子性物質・活性酸素には、様々な環境変化に対して適切なタイミングで相暴露された際には、解毒酵素・抗酸化酵素遺伝子

応の酵素群を発現させる「しくみ」をもっており、の発現が転写因子 Nrf2 により抗酸化剤応答配列

体内のセンサー分子がストレスとなる環境情報を感（ARE）を介して誘導されること、一方、Nrf2 活性知すると、これに適した生体防御酵素群の発現がは Keap1 分子により恒常的に抑制されていること誘導される。例えば、化学発癌研究の歴史を辿るを発見した。また、その後の解析から、親電子性と「親電子性物質」と呼ばれる一群の化学物質が化試薬や活性酸素の刺激により、Nrf2 は Keap1 によ

学発癌を惹起することに気がつくが、食品防腐剤

る抑制から逃れて核移行し、解毒酵素や抗酸化酵として用いられる抗酸化物質を化学発癌物質と同素群の遺伝子発現を活性化する（図 1）。Nrf2 は約時に投与すると、強力な発癌予防効果をもたらす

20 分の半寿命で分解する非常に代謝回転の速い蛋ことも報告されている。この発癌予防効果は、グル白質であり、この分解には Keap1 と Cul3 が E3 複

図2

Nrf2 と Keap1 のドメイン構成と Keap1 DC ドメインの結晶構造

Nrf2 は Neh と呼ばれる 6 個のドメインから成る。Neh1 ドメインは塩基性領域ロイシンジッパー構造をとっており、Maf と2 量体を形成する。Keap1 とは Neh2 ドメインで結合する。一方、Keap1 の DC ドメインはβバレル構造と呼ばれる 6 面体構造をとる。Keap1 は BTB ドメインを介してホモ二量体化し、βバレル構造の底面にあるポケットを介して Nrf2 と結合する。ポケットを構成する塩基性アミノ酸は Nrf2 の Neh2 ドメインにある ETGE と DLG モチーフと静電気的に相互作用する。

図1

親電子性物質に対する脱抑制応答機構

Nrf2 は通常は細胞質において Keap1 と Cul3 を含む E3 複合体によりユビキチン化され、プロテアソームにより迅速に分解されている。一方、親電子性物質（Electrophiles; E）に曝されるとその分解は抑制される。そのような環境では、新たに合成された Nrf2 は、核に移行して転写活性化を行う。

13

14

タンパク質の生産・解析・インシリコスクリーニングに基づく制御化合物創出への挑戦
東京大学大学院薬学系研究科／東京大学生物機能制御化合物ライブラリー機構

長野 哲雄「ターゲットタンパク研究プログラム」がスター

NIH を含め全米 10 箇所の施設（Vanderbilt Univ、トしてから 1 年半経つが、このプログラムのように

Scripps など）で行われ、公開データベースとして化合物ライブラリーを基盤にして、タンパク質の活

PubChem が整備運営されている。この米国のシス性を制御する機能性化合物の創出を目指したプロ

テムはタンパク質を見出した研究者自らが hit 化合

ジェクトが世界各国で行われている。はじめに日本物のためのスクリーニングをするわけではなく、スのこのプロジェクトと外国、特に米国のプロジェク

クリーニングは上記のスクリーニング施設で行われトとの違いについて解説し、その後で本プロジェク

ることになる。すなわち、全て分業体制になっていトにおける種々の連携の現状について紹介する。

る。また、そこで得られた成果は特許申請あるいは論文執筆などの猶予期間が 60 日間あるが、基本的

図3

Nrf2 活性化に至る「蝶番と閂」モデル

Keap1 はホモ 2 量体を形成し、Nrf2 の Neh2 ドメインにある 2 つのサイト（ETGE と DLG モチーフ）に結合する。結合親
和性は ETGE の方が DLG よりも 100 倍ほど強いので、ストレス暴露により Keap1 の構造変化が起こり、Keap1 と DLG の結合が解離すると考えられる。この際に、Keap1 と ETGE の結合は保持されるので、ちょうど ETGE と DLG モチーフが蝶番と閂のように振る舞う。このメカニズムを「蝶番と閂（Hinge-Latch）」メカニズムと呼んでいる。

米 国 で は NIH Roadmap に 従 っ て Molecularには即時公開である。External Scientific Advisory

Libraries Initiative として 2004 年から 2008 年まで

Panel ではアッセイ系の申請数の少なさが指摘され

第 1 期の Pilot Phase が行われた。このプロジェク

た。昨年 9 月から第 2 期の Production Phase が開トでは化合物ライブラリーの管理運営を研究支援始されたが、第 1 期との違いは、スクリーニング施会社 BioFocus DPI に委託し、スクリーニングは

設が 4 箇所の Comprehensive Screening Center と山本 雅之（やまもと まさゆき）
東北大学医学系研究科医化学分野教授。医学博士。
1979 年東北大学医学部卒業。83 年東北大学院医学研究科修了。
95 年筑波大学先端学際領域研究センター教授を経て、2007 年 1 月より現職。08 年 4 月からは、東北大学副学長
および医学系研究科長・医学部長。
専門は医化学・分子生物学。特に、生命現象の制御機構を分子生物学とマウス遺伝学手法を用いて追求している。85 年にヘム合成系に赤血球特異的なイソ酵素が存在することを実証し、また、90 年に血液細胞の分化方
向性規定に重要な GATA 因子群を発見した。さらに、97 年から 00 年にかけて Nrf2-Keap1 制御系が酸化ストレス応答や解毒酵素誘導を制御することを発見した。現在は生体の環境応答機構の分子基盤解明に取り組んでいる。
95 年井上学術賞、04 年 Thomson Scientific Research Front Award 2004、07 年つくば賞、08 年日産科学賞を受賞。

図1

15

技術基盤領域による個別研究への研究支援・協力

16

17:20

〜
17:55

3 箇所の Specialized Screening Center にまとめらした研究者自らが構造生物学者あるいはメディシナ

は、将来的には理論的な創薬に結びつくものであ

トタンパク質の制御化合物を創製する時にも役立れた事 、 新 たに 2 箇 所 の Specialized Chemistry

ルケミストなどの研究協力を受けながら、制御化合る。ランダムスクリーニング、すなわち数十万からつものとなる。

Center が設けられた事である。これは研究者間の物を見出す事にあり、モチベーションが極めて高い

100 万化合物を超える大量スクリーニングは、開発

コミュニケーションを重視すると共に、Chemistryのが特徴で、この点が米国のシステムと大きく異なのスピードを重視する企業にとって極めて順当な手

これらに見られるように「ターゲットタンパク研部門の強化を目的に行われたもので、この新設される。すなわち日本のシステムでは異なる研究分野の法ではあるが、アカデミアではこの様なスクリーニ

究プログラム」は米国のプログラムおよび製薬企業

た Chemistry 部門では hit 化合物から probe 化合物

連携が keyword である。

ングによるのではなく、理論に基づいた制御化合物の創薬研究と一線を画するものであり、独自の試連携研究の現状は、制御領域（図 2）を例に取れの創出を目指すべきであろう。インシリコスクリーみと言える。講演では制御化合物創出の実例を挙一方、本「ターゲットタンパク研究プログラム」

ば現在までに制御領域内で収集した化合物の評価

ニングを行うことで得られた知見は、次のターゲッ

げて紹介する予定である。

は米国とは全く異なる体制で制御化合物の創出をを行う実証研究として8 つの連携研究が進行してお行う。基本的生命現象に関連するタンパク質、疾り、個別チームとの連携では 13 チームと共同研究

患に関連するタンパク質および食品・環境に関連を行っている。12 月末の時点で計 30 回を超える研するタンパク質から計 33 テーマが選ばれたが、これ究打ち合わせ会議が行われた（図 3）。

を創出することが求められている。

ら採択された研究グループ内にはタンパク質を見出した研究者だけではなく、そのタンパク質の構造解

米国のプロジェクトとの違いの 2 つ目としてイン析を担当する研究者が加わってプロジェクトを推進

シリコスクリーニングの導入が挙げられる。今回のする。更にスクリーニングにより見出された hit 化「ターゲットタンパク研究プログラム」は創薬の種に合物を lead 化合物にする有機化学者が加わっていなる制御化合物を創出することが最終目標である

るチームもある。3 者の異なる研究者が共同して 3が、その創出過程においてタンパク質の構造解析に〜 5 年間の研究を行う。

基づいて行うことが求められている。米国においてこの様な個別の研究チームに対して、基盤技術

は 別 の プ ロ ジ ェ ク ト と し て Protein Structure

領域ではタンパク質の生産、解析、制御の基盤的Initiative があり、Molecular Libraries Initiative とな技術開発を行うことで研究の支援・協力を行う

多少の連携はあるが、日本のこのプロジェクトほど（図 1）。得られた成果は情報プラットフォームによ明確ではなく、インシリコスクリーニングも前面にり管理され、最終的には公開されることになるが、は出ていない。

即時ではなく特許など知財の取得が終了した後にタンパク質の立体構造を基にしてフォーカス化合公開となる。この体制の特徴は、タンパク質を見出物ライブラリーを構築して hit 化合物を見出す方法
図3

個別研究チームとの連携研究

長野 哲雄（ながの てつお）
東京大学大学院薬学系研究科教授／東京大学生物機能制御化合物ライブラリー機構長。薬学博士。
1972 年東京大学薬学部卒業。77 年東京大学薬学系大学院博士課程修了。
77 年東京大学薬学部助手、83 年米国デューク大学医学部 Research Associate、86 年東京大学薬学部助教授、96年東京大学薬学部教授を経て、97 年東京大学大学院薬学系研究科教授（大学重点化に伴う措置）より現職。
2006 年より東京大学生物機能制御化合物ライブラリー機構長を兼任。08 年より日本薬学会会頭。
専門は Chemical Biology、特にバイオイメージング研究と創薬研究に関心を持つ。
04 年上原賞、05 年島津賞、06 年日本薬学会賞を受賞。06 年に紫綬褒章を受章。
共著に『創薬化学』（東京化学同人、2004 年）、訳書『マクマリー生化学反応機構―ケミカルバイオロジーの理解のために―』（東京化学同人、2007 年）などがある。

図2

制御領域内の連携

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