細胞内輸送工学に基づく異種分泌タンパク質の安定化と効率的分泌生産

• Project/Area Number: 17780249
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 新谷 尚弘 東北大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (70374973)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 細胞内輸送工学 / 異種タンパク質分泌 / 出芽酵母 / タンパク質分解

Research Abstract

微生物を用いたタンパク質の分泌生産は培養・精製コストの面から最も有望なタンパク質生産システムである。真核細胞の分泌タンパク質は巧みな品質管理を受け、正しい立体構造をもつ分子のみが分泌される。正しい立体構造が得られなかったタンパク質は、分泌過程の様々な場所で分解される。この品質管理機構は、細胞の恒常性維持には必要な機構であるが、工学的には異種タンパク質の分泌生産量の低下をもたらすことが考えられる。分泌過程における第一の分解コンパートメントは小胞体であり、液胞がそのバックアップ機能を果たしていると考えられている。本年度は出芽酵母を用い、異常分泌タンパク質の小胞体での分解(小胞体関連分解;ERAD)の回避メカニズムとそれに続く液胞での選択的分解機構の解析を行った。
変異型カルボキシペプチダーゼY(CPY*)はフォールディングに欠損があり、小胞体で分解される。この変異タンパク質に出芽酵母の正常分泌タンパク質であるインベルターゼを融合したCPY*-インベルターゼ(CPY*-Inv)を発現させその分解機序を解析した。CPY*がERADに依存して分解されるのに対し、CPY*-Invは小胞体で分解されず、その分解は液胞機能に依存していた。また、CPY*-Invがゴルジ体特異的な糖鎖修飾を受けていたことから、CPY*-Invは小胞体からゴルジ体を経て液胞に輸送され分解されたことが示された。今後は、CPY*-InvがERADを回避するメカニズムの詳細な解析が課題となる。
CPY*-Invは分泌されることなく液胞へ選別輸送され分解された。そこで、CPY*-Invの液胞への選別機構について解析した。CPY*-Invは野生型CPYと同様に液胞タンパク質の選別レセプターであるVps10により液胞へ選別されていたが、競合実験や点変異解析の結果、CPY*-Invの認識機構はCPYのそれとは異なることが明らかとなった。今後は、Vps10におけるCPYおよびCPY*-Inv認識ドメインの同定を行うことが課題となる。本研究により、異常分泌タンパク質として認識されるタンパク質を分泌生産させる基本技術が確立された。