JUNQとIPOD
JUNQとIPODは、真核生物の細胞質に見られるタンパク質の封入体である。
パーキンソン病、アルツハイマー病、ハンチントン病などの疾患は神経変性疾患と総称され、タンパク質凝集やミスフォールドタンパク質の封入体への蓄積を伴う。かつてよりタンパク質の凝集は、ミスフォールドしたタンパク質がお互いに結合して封入体を形成するランダムな過程と考えられてきた。また、タンパク質の凝集体は毒性を持つ物質として、神経細胞の機能障害や細胞死を引き起こすものと考えられてきた。しかし近年、蛍光顕微鏡などの先端技術を用いた研究により、タンパク質凝集という現象は実際には厳密に制御されたプロセスであること、そして細胞は毒性タンパク質を封入体に隔離することで、自らを保護していることが明らかとなった。2008年、ダニエル・カガノヴィッチは、真核細胞はその巧妙に管理された細胞プロセスにより、ミスフォールドしたタンパク質を(以下に列挙する)2種類の封入体へ仕分けをしていることを示した。
JUNQ(JUxta Nuclear Quality control compartment、意味:核近傍品質管理コンパートメント)
IPOD(Insoluble Protein Deposit、意味:不溶性タンパク質保管所)
JUNQとIPODはともに進化的に保存されたコンパートメントであり、特定の細胞内部位に観察される。
ミスフォールドし凝集した蛋白質がJUNQやIPODに輸送されるには、無傷の細胞骨格や、熱ショックタンパク質といった特定の細胞品質管理因子が必要となる。タンパク質の輸送先としてJUNQとIPODのどちらが選ばれるかは、ミスフォールドしたタンパク質が細胞内で受けるプロセシングの様式によって決定される(タンパク質がユビキチン化されるかどうか、など)。哺乳類細胞では、有毒なタンパク質凝集体をJUNQ及びIPODへ隔離することで、非対称分裂を通じて細胞の若返りが行われているのである。
従って、JUNQとIPODの発見は、「細胞がミスフォールドし凝集したタンパク質をいかに対処するのか」についての新しい知見をもたらし、また「タンパク質凝集がランダムに進むプロセスではなく、実はよく調節・制御された細胞プロセスである」ことの説得力のある証明を与えた。さらに、JUNQとIPODが発見されたことにより、細胞は品質管理を時間的に行なっているだけでなく(言い換えれば、壊れたタンパク質を時間依存的に除去するだけでなく)、ホメオスタシス機構を空間的に行なっていることも示唆された。つまり、タンパク質分解が行えないような状況に陥った場合、細胞は凝集タンパク質封入体を空間的に隔離することにより、ミスフォールドタンパク質から細胞内環境を保護しているのである。
ミスフォールドタンパク質の運命や、凝集物封入体の形成を導く経路は、もともとウェスタンブロッティングなどの生化学的手法によって研究されていた。
しかし近年になって、タンパク質の品質管理や凝集のプロセスは「生細胞イメージング」と呼ばれる新しいアプローチにより深い理解が得られるようになった。
生細胞イメージングにより、タンパク質の本来の細胞内環境における時空間的動態をin vivoで監視することが可能になった。生細胞イメージングを用いれば、細胞内の現象やプロセスの動的性質について、より多くの情報が収集できるようになるのである。この手法は、観察が容易である蛍光タンパク質を興味のあるタンパク質に融合し、蛍光顕微鏡を用いて細胞内の観察する技術を応用したものである。つまり、細胞に適当なストレス(薬剤添加やミスフォールドタンパク質の発現など)を加えて、蛍光タグが付加された目的のタンパク質が有する(下記のような)様々な性質を経時的顕微鏡検査法により解析できる。
蛍光レベルの変化は、発現レベルの変化を示す。(蛍光レベルの上昇=タンパク質の発現量上昇)
局在の変化(細胞質から細胞核へのタンパク質の移行など)
可溶性(FRAP(蛍光退色後回復)により評価)
細胞内環境との相互作用(FLIP(光退色中蛍光消失)により評価)
細胞質にあるミスフォールドタンパク質の運命をin vivoで監視するために、GFPを付加したフォールディングレポーターを有するプラスミドのクローニングが行われた。