細胞を使わない膜タンパク質の合成技術 | 理化学研究所
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要旨

理化学研究所（理研）横山構造生物学研究室の横山茂之上席研究員らと、ライフサイエンス技術基盤研究センタータンパク質機能・構造研究チームの篠田雄大研究員、白水美香子チームリーダー、染谷友美上級研究員らの共同研究グループ※は、無細胞タンパク質合成法[1]を応用して、高品質の膜タンパク質を高収率で生産できる新しい技術を開発しました。

膜タンパク質は、細胞膜に埋め込まれた状態で存在し、細胞内外の情報や物質の交換など重要な機能を果たしており、創薬研究の重要な標的でもあります。一方で、従来の膜タンパク質合成法では、細胞での発現と細胞膜からの可溶化[2]が容易ではなく、それを乗り越える技術開発が求められていました。

今回、共同研究グループは、膜タンパク質が細胞で合成され、細胞膜に埋め込まれながら立体構造を形成する過程を、細胞を使わず、試験管内でほぼ再現する新しい技術を開発しました。この膜タンパク質の無細胞合成法では、膜タンパク質は、リボソーム（タンパク質を合成する場である細胞小器官）によって合成されると、脂質と相互作用しつつ、立体構造を形成して、その周りに細胞膜と同じような脂質で構成される脂質二重膜構造の小さな膜断片を形成します。膜タンパク質は、膜断片に組み込まれた状態のままであるため、さまざまな単離・精製法が適用可能で、高純度の精製標品を得ることができます。

これにより、これまでは立体構造や活性を犠牲にしなくては調製できなかった難しい膜タンパク質を、界面活性剤[3]による可溶化という過程を一度も経ることなく、正常な状態で高純度に大量調製し、さらに、結晶化、薬剤との結合の解析などが可能になり、抗体を作る免疫原としても用いることができます。

この技術により、膜タンパク質機能の本質的な理解や、新しい低分子医薬や抗体医薬の創出などに幅広く貢献でき、膜タンパク質の基礎研究から産業応用までパラダイムシフトを引き起こすと期待できます。

本研究は、文部科学省「ターゲットタンパク研究プログラム」（2007～2011年度）、文部科学省および日本医療研究開発機構（AMED）「創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業（創薬等支援技術基盤プラットフォーム事業）」（2012～2016年度）、日本学術振興会（JSPS）「科学研究費助成事業（科研費）」（2013～2016年度）の支援により行われました。

成果は、英国のオンライン科学雑誌『Scientific Reports 』（7月28日付け）に掲載されました。

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