タンパク質の情報がなくても、光で活性化できるシステムが開発されNature誌に報告された。光を使ったプロドラッグとしても有望だ。
研究の背景
細胞は同じタンパク質を異なる時間や場所で活性化して多様な効果を生み出している。同じ酵素が細胞増殖にもプログラム細胞死にも関与することがある。
タンパク質活性のタイミングや部位に関しての知見は、局所的にタンパクを活性化しその細胞の振る舞いを調べることで研究される。
科学者たちはここ数年でタンパク質の機能を光でオンにすることができる光活性化法を開発してきた。
しかし、多くのタンパク質の構造やその活性部位はあまり解明されていないので、光活性化や阻害の適応には限界があった。
タンパク機能を知らずに操作する
今回、研究者らは広く適用可能であり通常のタンパク質機能を最小限に乱す光活性化戦略をNature誌に報告した。
原題は「Time-resolved protein activation by proximal decaging in living systems」だ。
彼らが開発した手法はCAGE-prox (computationally aided and genetically encoded proximal decaging ) と名付けられた。
CAGE-proxでは、どの位置に化学基を導入するとタンパクと基質の相互作用が阻害されるかを計算で求める。
次にその位置のアミノ酸残基を、光で外せるケージに閉じ込めたチロシン残基チロシン残基 (ONBY) と置換する (正常なチロシンがタンパクの結合に与える影響が最も低いことを見出したため、他のアミノ酸ではなく修飾チロシン残基を使用した)。
これがそのONBYだ。青で示しているのは通常のチロシンである。
Source: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1188-1
この導入基はタンパク質の活性を遮断し、光が照射されると正常なチロシン残基になって機能が回復するという仕掛けだ。
Source: https://www.nature.com/articles/d41586-019-01394-1
詳細な戦略はサプリメントデータに詳しい。
Source: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1188-1/figures/7
コンピューターコードも公開されている。
CAGE-Prox法はさまざまなタンパク質に広く適用可能で、細胞のシグナル伝達や免疫応答を微調整できる。
さらに、このシステムを光で活性化されるプロドラッグとして使える可能性も示唆している。
この研究の意義と展望
この方法がうまくいくかは、最適な変更部位を選択できるかどうかにかかっている。CAGE-proxのアルゴリズムを使っていろいろなタンパクを調べたところ、候補部位として10未満の数を提示し、その中で最適なものを見つけられた。これくらいなら十分検証実験ができるくらいの量である。
さらに、この計算にはタンパク質の作用機序についての既存の情報を必要としない。そのためCAGE-proxは広範囲の標的タンパク質に適用することができる。
シンプルかつロバストなこの手法で、タンパクの時空間的な挙動を明らかにするのに役立つ。今後これを使って判明した新たな研究報告も次々と出てくるだろう。
