“Dynamical Ordering & Integrated Functions”
Newsletter Vol. 3November, 2013

業績紹介：プロテアソームの 4 次構造形成にかかわるアッセンブリーシャペロン
Ump1 は天然変性タンパク質だった
1"Backbone H,13C, and15

N assignments of yeast Ump1, an intrinsically disordered proteinthat functions as a proteasome assembly chaperone"
Yoshinori Uekusa, Keisuke Okawa, Maho Yagi-Utsumi, Olivier Serve, Yuki Nakagawa,
Tsunehiro Mizushima, Hirokazu Yagi, Yasushi Saeki, Keiji Tanaka, and Koichi Kato
Biomolecular NMR Assignments, in press (2013) DOI: 10.1007/s12104-013-9523-1

加藤晃一（自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター・A03 計画研究代表者）

パク質であることが示唆された。実際、Ump1 の主鎖に由来するシグナルを帰属し、化学シフト値に基づいて δ2D 法による二次構造解析を行った結果、Arg65 から Gln71 にいたる領域が α へリックスを形成する傾向

プロテアソームは細胞内におけるタンパク質の分解を担っている巨大な酵素複合体である。その活性中心を示す以外には、本タンパク質は特定の 2 次構造を形成していないことが明らかとなった（図 2）。

にあたる 20S プロテアソームは、7 種類の α サブユニッ

このことは、これまでに知られている 20S プロテア

ト (α1～α7) から構成される α リングと、7 種類の βソームのアッセンブリーシャペロンがいずれも 2 量体サブユニット (β1～β7) から構成される β リングが、構造を形成して機能していることと対照的である。

αββα の順に重なったシリンダー状の構造をしている。

Ump1 が天然変性タンパク質であることは、20S プロ

こうした 20S プロテアソームの 4 次構造形成は、自発テアソーム形成の最終段階において自らが最初の基質的には起こらず、専用のシャペロン分子（Pba1～Pba4）として円滑に分解除去されることにも関係している可の介助を必要とすることが知られている（図 1）。

能性がある。一定の立体構造を形成していない Ump1

Ump1 は、α リングおよび β2、β3、β4 から構成されが、プロテアソームのアッセンブリー過程において果るプロテアソーム中間体および各 1 層の α リングと βたしてどのような役割を演じているのか、今後の研究リングのみからなるハーフプロテアソームと相互作用の展開が実に楽しみである。

することが知られている。また、Ump1 を欠損した酵母ではプロテアソーム形成効率が低下することが知られている。これらのことから、Ump1 も 20S プロテアソームの形成を介助するアッセンブリーシャペロンの1 つであると考えられている。しかしながら、Ump1

図 1：アッセンブリーシャペロンに依存した 20S プロが 20S プロテアソームの形成にいかにして関与していテアソーム形成過程の模式図。

るかという分子メカニズムは明らかではない。
そこで本研究ではこの問題を探求する第一歩として、核磁気共鳴(NMR)法を基軸とするアプローチによる Ump1 の構造解析を試みた。13C および 15N で均一に標識した酵母 Ump1 を大腸菌発現系を用いて調製し、各種 NMR 計測に供した。Ump1 の 1H-15N HSQC スペクトル上では、ほぼすべてのピークが 1H 軸において約 1 ppm の範囲で観測されていたことから、Ump1 は

図 2：δ2D による Ump1 の 2 次構造解析結果。緑：コ

明確な 2 次構造を有してない、いわゆる天然変性タン

イル、赤：β シート、青：α へリックス。

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November, 2013

業績紹介：先天性筋ジストロフィーの原因遺伝子産物の機能解明"AGO61-dependent GlcNAc modification primes the formation of functional glycans on
α-dystroglycan"
Hirokazu Yagi, Naoki Nakagawa, Takuya Saito, Hiroshi Kiyonari, Takaya Abe, Tatsushi Toda,
Sz-Wei Wu, Kay-Hooi Khoo, Shogo Oka, and Koichi Kato
Scientific Reports, 3, Article number: 3288 (2013) DOI: 10.1038/srep03288

加藤晃一（自然科学研究機構 岡崎統合バイオサイエンスセンター・A03 計画研究代表者）

さらに本論文では、αDG 上の特定の位置に結合したマンノース残基への N-アセチルグルコサミン（GlcNAc）修飾を AGO61 が担っていることを見出している。興
味深いことに、その GlcNAc 修飾箇所は、これまでラ生命分子システムの動的秩序の破綻は、ときに重篤ミニン結合性糖鎖が発現していると報告されているスな疾患の発症につながる。例えば、Walker–Warburg 症

レオニン残基と一致していた。つまり、AGO61 は αDG候群 (WWS)などの先天性筋ジストロフィー疾患にお上のラミニン結合性を示す糖鎖が形成されるスタート

いては、細胞膜上の α-ジストログリカン（αDG）の糖となる糖鎖構造を作る重要な酵素であることが明らか

鎖構造の形成不全が細胞間コミュニケーションの異常となった。

をもたらし、これにより脳と目に重篤な病変が引き起以上の結果より、AGO61 の欠損に伴い αDG 上のラこされる。αDG 上の糖鎖は、ラミニンなどの細胞外マミニン結合性糖鎖の形成不全が起こり、筋ジストロトリックスタンパク質との相互作用を通じて細胞の基フィーが発症することを明らかにすることができた。

底膜と細胞膜を繋ぎとめており、細胞の維持や細胞間この成果は、αDG 上の機能性糖鎖の形成にかかわるタ相互作用に重要な役割を有しているからである。

ンパク質集団の動的秩序を探求するうえでの重要な基

この糖鎖の形成には多数の糖転移酵素（および関連盤を与えるものである。

タンパク質）の秩序立った連携が不可欠であると考えられており、これらのタンパク質は筋ジストロフィーの原因遺伝子産物として同定されている。しかしながら、αDG 上の糖鎖の形成における個々のタンパク質の役割は未解明であり、それらの協奏的活動を通じて形成される糖鎖構造の全体像も不明なままである。
最近、WWS 患者のゲノム解析により、AGO61 が本疾患の原因遺伝子の 1 つであることが報告された。本研究は AGO61 欠損マウスを作成し、生体内におけるAGO61 の機能を明らかにすることを目的としている。
AGO61 欠損マウスは正常な姿で生まれてくるにも関わらず、生後 1 日以内に死に至った（図左）。この遺伝子欠損マウスの胎児の脳を調べたところ、層形成の図左：胎生 17.5 日目の野生型マウス（WT）および不全が起きていた。特に、大脳皮質において、放射状AGO61 遺伝子欠損マウス（KO）。

グリア線維の形態異常が認められるとともに、基底膜

図右：胎生 17.5 日目の胎児の脳の免疫染色像。
（緑）を構成するラミニンの形成異常が生じていた。一方、放射状グリア線維、（赤）ラミニンタンパク質、（青）本遺伝子欠損マウスは、ラミニン結合性を示す糖鎖の核を示す。

発現が全くみとめられなかった（図右）。

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November, 2013

「Sixth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Science:Experiments and Simulation」報告山口拓実（自然科学研究機構
岡崎統合バイオサイエンスセンター）

生物物理学者、生化学者、細胞生物学者など多彩な顔ぶれが参加し、会場では分野融合型の研究に関しても盛んに議論が行われました。本領域が取り組む生命分子システムにおける動的秩序形成の諸問題についても、

平成 25 年 11 月 25 日から 3 日間にわたり、分子研アジア連携研究会「日韓生体分子科学セミナー：実験と両国間およびアジアにおいても今後ますます重要な課題となっていくであろうことを強く感じました。

計算」が、本新学術領域と共催のもと、岡崎コンファセミナーの詳細なプログラムについてはホームペーレンスセンターにて開催されました。生体分子科学にジ（http://seimei.ims.ac.jp/others/6thkoreajapan/）をご覧関する日本—韓国間の研究交流を深めることを目的といただければと思います。大学院生を含めた若手研究

したこのセミナーは、日本の分子科学研究所、韓国の者のための発表枠も設けられ、私も、自身の研究につKorea Institute for Advanced Study (KIAS) な ら び にいて発表する機会をいただきました。学際的・国際的

Korea Advanced Institute of Science and Technologyな場で、様々な研究背景をもつ方々と議論をすること(KAIST) に所属するメンバーが中心となり、日本と韓ができ、大変有意義な経験となりました。

国で交互に開催してきたものです。第 6 回目の開催となった今回は、韓国からの 25 名を含む総勢 50 名の参セミナー会場を離れた後は、連夜お酒を酌み交わし加者を岡崎に迎え、39 件の発表を通して有意義な意見ながら、歌い合いながらの国際交流が盛んに行われ、交換が行われました。

親睦を深めました。韓国の先生方の中には、わずかなセミナーでは、実験分野とシミュレーション分野を滞在期間にみるみる日本語を上達されていった方も多専門とする研究者の双方が両分野の理解を深めるためく、語らいの場は大いに盛り上がりました。国際的なに、時には厳しい意見を交えながらも、活発な議論を緊張も伝えられる両国間ですが、サイエンス、そして展開しました。例えば、Jooyoung Lee 先生(KIAS)、研究者間の交流においてはそのような懸念は全くなく、

Sun-Shin Cha 先生(KIOST)は、それぞれ“High-accuracy

日本と韓国の強い絆と高いアクティビティーが濃縮さ

protein structure modeling and its application to molecular

れた 3 日間でした。次回の日韓生体分子科学セミナー

replacement of crystal phasing”、“ Zinc-binding to theは、2014 年の秋、韓国・ソウルで開催される予定です。

surface of proteins and its application to experimentalphasing”という演題で、計算と実験の立場からタンパ
ク質の X 線結晶構造解析における位相問題へのアプローチ法を提案されました。また、会の主軸は生体分子の物理化学を基盤とした研究におきながらも、化学・生物学などの多様な研究テーマに関する発表も盛んで、Jaehoon Yu 先生（Seoul National Univ.）は “Apeptide mimetic of apolipoprotein A-I that contains
2-naphthylalamine residues enhances cholesterol efflux andsequesters oxidized LDL from macrophage cells”の講演で、タンパク質をモデルとした人工ペプチドの合成とその医療応用に関する研究を紹介されました。日本側から

Sixth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Science

も、本新学術領域の加藤代表、佐藤啓文班員、上久保集合写真班員、稲垣班員、桑島評価委員をはじめ、分子科学者、

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November, 2013佐藤啓文グループの笠原健人さんが第 36 回溶液化学シンポジウムにおいて優秀ポスター賞を受賞
導きだすことを目的の一

佐藤啓文（京都大学工学研究科・A01 計画研究代表者）

つとしています。1992 年に平田文男先生（現：分子研名誉教授）によって平成 25 年 10 月 9 日から 11 日まで、北海道大学学術提案された SSSV（site-site

交流会館で開催された第 36 回溶液化学シンポジウム

Smoluchowski-Vlasov ） 理において、修士課程大学院生・笠原健人君が優秀ポス論は拡散方程式に基づきター賞を受賞しました。同シンポジウムは、溶液化学

分子凝縮系のダイナミク研究会の主催（日本化学会、日本分析化学会、日本高スを取り扱うことが可能圧力学会および電気化学会溶液化学懇談会の共催）にであることを初めて示しより毎年一回開催されており、物理化学、分析化学、ました[2]。

笠原健人君

無機・錯体化学といった幅広い分野から研究者が集い、しかしながら、多くの場合、積分方程式理論は動径溶液に関わる活発な議論が行われています。同賞は 35分布関数に基礎を置いており、溶媒和構造やその変化歳以下の PD および学生のポスター発表講演者を対象も二原子（二粒子間）の距離に対する確率分布としてに選考されるもので、今回は３件が選ばれました。笠

表されます。これは上述の SSSV 理論においても同様

原君の研究は「SSSV 方程式の三次元化および電解質であり、笠原君は三次元空間内の分布関数に基づいて溶液への適用」と題するもので、佐藤との共同研究に溶液内ダイナミクスを表現することで、より直接的・よるものです。

直感的な記述が可能になると考えました。とりわけ、3D-RISM 法や分子動力学法などを用いることで、蛋ごく最近飯田健二博士（現：分子研）らが SSSV 理論

白質近傍あるいは内部の水和構造を理論化学・計算化の拡張に成功しており[3]、今回の新理論開発に際して学的に高精度で得ることが最近徐々に現実となってきも大きな礎となりました。

ました。 我々のグループでも横川大輔博士（現：名古自己組織化過程は、系を構成する分子の拡散的挙動屋大学特任准教授）が中心となって並列化効率の極めに依って集積化が進むはずです。一連の SSSV 理論にて高い統計力学的手法（MC-MOZ 法）を開発し、いくよる取り扱いは、MD 法とは全く異なるアプローチをつかの蛋白質を含めた応用計算を展開しています[1]。

提供し、長時間ダイナミクスの解析に大きな威力を発

ところがこうした液体の積分方程式理論の多くは平衡揮するものと期待されます。

状態にある液体の分布関数や熱力学量を記述するため笠原君の受賞を心からお祝いするとともに、基盤的の方法論であり、ダイナミクスを記述するための方法

物理化学の立場から生体分子系の理解を進めるべく、は未だ極めて限定されていると言ってもよいでしょう。

一層の精進をはかっていきたいと考えております。

もちろん、凝縮系を記述する上で分子動力学法（MD法）は今日もっとも一般的で、強力な手法です。系の参考文献

ダイナミクスを記述するにあたっては数多くの初期状[1] (a) D. Yokogawa, H. Sato, T. Imai, S. Sakaki, J. Chem.

態から時間発展を追跡し、その統計平均を計算します。

Phys., 130, 064111 (2009). (b) K. Kido, D. Yokogawa, H.

定量的な議論のためには、充分な数のトラジェクト

Sato, Chem. Phys. Lett., 531, 223 (2012). (c) K. Hirano, D.

リーから適切な時間相関関数を求め、これに基づいた

Yokogawa, H. Sato, S. Sakaki, J. Phys. Chem.B, 114, 7935

議論が必須です。これに対して液体の積分方程式理論(2010).

は系の解析的な記述を追求する立場を取っており、時[2] F. Hirata, J. Chem. Phys., 96, 4619 (1992).

間相関関数（van Hove 関数）を直接的に得る方程式を[3] K. Iida, H. Sato, J. Chem. Phys. 137, 034506 (2012).

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November, 2013

加藤班員らの研究成果が新聞に掲載される
A03 計画研究代表者の加藤晃一班員と名古屋市立大学大学院薬学研究科の矢木宏和博士らの共同研究の成果が中日新聞（11 月 22 日）に掲載されました。
平成 25 年 11 月 22 日

中日新聞（日刊）第 3 面

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