河西奈保子1 Chandra S. Ramanujan2
1機能物質科学研究部 2オックスフォード大
イオンチャネル型受容体は、主に脳の神経細胞における情報伝達において重要な役割を果たす膜タンパク質である。その作動メカニズムは、リガンドと呼ばれる因子の結合によって受容体の中央部に内包するイオンチャネルが開き、イオンを流すことによって、電気的に信号を伝達するというものである。その構造は主にX線結晶構造解析などにより検討されているが、機能と構造の関係にはまだ多くの解明すべき点が残されている。
我々は、タンパク質一分子を観察することができる解像度を有し、溶液中での観察が可能な原子間力顕微鏡（AFM）を用い、イオンチャネル型受容体タンパク質（図１）の構造と機能の相関を、溶液中（活性を持った状態）で検討した。受容体タンパク質は生体内では脂質膜に埋め込まれた状態で機能しているが、その構造変化を検討するために、受容体タンパク質は人工脂質二分子膜に再構成した。
強制発現させた昆虫細胞から精製した受容体タンパク質を、透析法を用いて、人工脂質二分子膜へ再構成した。透析前（図２A）の試料をAFMによって観察すると、小さな脂質ドメインの端部にタンパク質が観察されたが、透析後（図２B）は、大きな脂質ドメイン中央部に、多くの単一の受容体が観察され、透析による再構成によって単一の受容体タンパク質の構造観察に適した試料を作製できることが分かった。さらに本受容体を拡大して観察したところ、この受容体を構成している４つのタンパク質（サブユニット）と見られる４つの構造物が観察された。この４つの構造物は、脂質二分子膜に再構成した受容体を上面から観察したものである。
この結果から活性を有する受容体タンパク質の構造を観察できることが分かった[1]。今後はリガンド結合による構造変化をリアルタイムで観察することが期待される。
本研究の一部は、英国Bionanotechnology IRCおよび独立行政法人化学技術振興機構戦略的国際化学技術協力推進事業の援助を受けて行われた。
[1] N. Kasai, et al., Neurosci. Res. 58 （2007） S193.
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