マラリア原虫が持つ四重包膜オルガネラ内へのタンパク質輸送メカニズムの解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06528
• Research Institution: Hokkaido University of Science
• Principal Investigator: 齊藤 貴士 北海道科学大学, 薬学部, 准教授 (00432914)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木股 洋子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60255429)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: タンパク質間相互作用 / 構造生物学 / マラリア原虫 / アピコプラスト

Outline of Annual Research Achievements

マラリア感染症は早急に人類が克服すべき疾病であり、発展途上国を中心に毎年およそ3億人が感染し、年間約50万人の命を奪っている。近年、クロロキンなどの市販されている抗マラリア薬に耐性を持つマラリア原虫が蔓延して問題となっていることから、新たな作用機序での薬の開発が急務となっており、日本の貢献が期待されている。マラリア感染症を引き起こすマラリア原虫はアピコンプレックス門に属し、細胞内に取り込んだ紅色植物の葉緑体が退化したと考えられている四重包膜に囲まれた二次共生色素体:アピコプラストを持つ。アピコプラストはマラリア原虫の生存に必須であり、新たな創薬ターゲットとして注目されている。アピコプラストは光合成能力は失われており、独自のゲノムDNAを持っているにもかかわらず一部の遺伝子しか残していない。すなわちアピコプラストで使用されるタンパク質 (アピコプラストト蛋白質)の大部分は核ゲノムDNAにコードされている。よって、アピコプラスト蛋白質は小胞体で合成された後、本研究で研究対象とするTic22タンパク質など様々な膜透過関連タンパク質の助けをかりて四つの膜を通過しアピコプラスト内へと運ばれていく。これらマラリア原虫アピコプラストのタンパク質の構造生物学的研究は代表者らの報告 をはじめ近年増加傾向にあるものの、アピコプラスト蛋白質間の相互作用ネットワークについては未解明の部分がまだ多く残っている。そこで本研究では、アピコプラスト内へと輸送されるタンパク質と膜透過関連タンパク質Tic22タンパク質との相互作用の解明を目指している。2020年度は学外の研究施設の利用が制限されたことから、学内に設置されたバイオレイヤー干渉(BLI)法によるタンパク質間相互作用の解析を実施し、その有用性を確認できた。今後、このデータをもとにより詳細な分子間相互作用メカニズムの解明に挑む。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度は2019年度に整備し取得方法を確立した蛋白質サンプルを使用して、NMRスペクトルやX線結晶構造解析、BLI法などを利用したタンパク質間相互作用の実験を実施する予定であった。しかし新型コロナウイルスの影響により、研究室の閉鎖など予期できない事態が数多く発生したため申請時の研究計画と差が生じている。特に共同研究先や、共同利用拠点の施設の制限の影響が大きい。よって、2020年度は学内の研究機器、BLI法を使用した実験を中心に行った。この測定により、本研究の研究対象であるアピコプラストのTic22タンパク質とアピコプラスト内へと輸送されるタンパク質の一つであるApo-フェレドキシンとの相互作用を確認し、その解離定数を同定することができた。この測定では、今回初めて研究で使用する装置であったったため、測定方法についての最適化に時間を要したが、最終的に測定に適したメソッドと条件を確立することができた。学外の装置を利用した実験については、2020年度はその予備実験にとどまっている。また、参加を予定していた学会において、オンライン開催となったものが多くあり旅費等に差異が生じた。上記の理由により、(2)おおむね順調に進展しているとした。

Strategy for Future Research Activity

2021年度はカナダ・トロントのプリッセスマーガレットがんセンターに留学のため、海外における研究滞在等に伴う補助事業期間延長を申請している。この留学のなかで重点的に修得する研究手法は、本申請にも記載したバイオレイヤー干渉法(BLI法)および、NMRスペクトル解析における常磁性効果を使用したタンパク質間相互作用の解析となる。この2つの研究手法は本研究課題のマラリア原虫アピコプラスト内でのタンパク質間相互作用にも応用が可能であり、帰国後の本研究の質の向上につながると期待できる。
2020年度は学内に設置された実験装置を使用した実験に限られたため、学外の実験施設を利用する実験については、実験の準備にとどまっているが、留学から帰国後に留学で習得した技術に基づき実験の最適化を検討し、申請時に期待した成果よりも更に上の研究成果を目指していく。
研究体制については、研究再開後も大きな変更はなく研究分担者と協力し研究を進めていく。研究分担者からはBLI法、常磁性効果を利用したNMRスペクトル解析で使用するタンパク質サンプルについても提供を受ける予定である。留学により成果の発表は申請時より延期されるが、2022年度に研究成果をまとめる。

Causes of Carryover

2020年度については新型コロナウイルスの影響により、他研究機関の実験装置の利用における使用料と旅費、また学会参加における旅費における差異が生じた。