大型放射光施設 SPring-8

公開日

2000年06月06日

平成12年6月6日
東京大学・分子細胞生物学研究所
理化学研究所
(財)高輝度光科学研究センター

1. 　筋小胞体カルシウムポンプは、筋収縮のために筋細胞中に放出されたカルシウムを、筋肉を再び弛緩させるために、ATPの化学エネルギーを使って筋小胞体に取り込むポンプです。カルシウムは細胞の応答の制御に広く使われており、カルシウムポンプは、細胞の恒常性を保つために非常に重要な働きを持っています。同族のイオンポンプには、ほとんどすべての細胞に存在する、ナトリウム・カリウムポンプや、胃のpHを調節するプロトン・カリウムポンプ、銅の排出に関係するポンプ等があります。デンマークのSkouによるナトリウム・カリウムポンプの発見に対し、1997年にノーベル賞が与えられた程重要な蛋白質群です。
   　このカルシウムポンプは、心筋梗塞やがん治療の観点からも大いに注目され、研究が進められており、今回の構造決定は、研究を大きく前進させるものです。
2. 　「輸送蛋白質がどのようにしてATPの化学エネルギーを使ってイオンを輸送しているか」は現代の分子レベルの生物学の主要な課題の一つです。部位特異的変異を利用した研究は、各国で非常に広範に行われてきましたが、どのアミノ酸残基が重要かはわかっても、「どのようにして」まではわかっていませんでした。
   　本研究によって、カルシウムを結合した状態の立体構造を、Ｘ線結晶解析法を用い、2.6 オングストローム分解能で解明することができました。さらに、カルシウム非存在時の構造（電子顕微鏡よるもので低分解能）と比較した結果、構造が大きく変化していることが判明しました。本研究によって、いくつもある生理的状態のうち、一つが詳しく判明したに過ぎませんが、能動輸送という中心的課題の解明に大きく近づいたと考えられます。
   　このような構造研究においては、結晶を得ることが研究の出発点です。ポンプ蛋白質は、膜蛋白質であり、膜蛋白質は水溶性蛋白質に比べて結晶化が非常に難しいとされています。実際、得られた結晶は、厚さ20μｍ程度と非常に薄いものでしたが、SPring-8の高輝度Ｘ線光源によって、このような薄い結晶であっても高分解能を得ることができました。また、本研究で用いられた結晶化法は、従来の常識を破るものであり、今後の膜蛋白質の構造研究に大きな影響を与えると考えられています。
   
   

   ---

   
   

 ＜用語の説明＞

・構造生物学IビームラインBL41XU
　BL41XUは、真空封止アンジュレータを光源とする共用ビームラインです。生体高分子結晶構造解析を行うため、イメージングプレート及びCCD検出器を備えた生体高分子結晶構造解析装置を整備し、（1）高エネルギーX線を用いて試料を重元素化することによって構造解析を行う重原子多重同型置換法（MIR）と重原子誘導体に対して最適化した異常分散効果の測定（OAS）を組み合わせた「MIR-OAS」法によって蛋白質結晶解析がルーチン的に行うことが出きること、（2）本ビームラインの高輝度X線を用いて、今迄は解析することができなかった分子量の大きい超分子複合体や微小結晶などに対してもX線結晶解析が出来ます。

・理研構造生物学IIビームライン BL44B2
　BL44B2は、SP-8に理研が有する４本のビームラインのうちの１本（２本が構造生物学用）で、このビームは偏向電磁石を光源としていることから、挿入光源に比べてビーム輝度において劣るものの、広いエネルギー範囲のX線を手軽に利用できるという特徴を持っています。それを生かして、蛋白質結晶の単色X線回折測定、白色X回折測定及び生体希薄試料の蛍光XAFS測定を中心とした利用が出来るビームラインです。

・イオンポンプ
　光エネルギーや化学エネルギーを使い、生体膜を横切るイオンの能動輸送をおこなう酵素の総称。これらの酵素がつくるイオン勾配は、共輸送や対向輸送などによって二次的に使用されるので、一次性能動輸送系ともよばれる。

・カルシウムポンプ
　カルシウムイオンを濃度勾配に逆らってATP（アデノシン三燐酸）^（注）のエネルギーを使って運搬するタンパク。
（注）アデノシン三燐酸（ATP）…人の身体運動は、全て骨格筋の活動による。筋活動の為のエネルギーは筋中に蓄えられているアデノシン三燐酸が利用され、これが分解してADP(アデノシン二燐酸）と燐酸に分かれる時に放出される大きなエネルギーが筋肉をうごかします。

・膜蛋白質
　生体膜を構成している蛋白質の総称。特に、生体膜の表面に付着しているものを膜表在性蛋白質、内部に埋もれているものを膜内在性蛋白質と呼ぶ。内在性蛋白質では疎水性アミノ酸の含有率が高く、界面活性剤で可溶化される。