研究内容の紹介


上皮細胞の細胞膜での極性局在化

消化器系や呼吸器系などの上皮細胞は体外と体内を仕切る境界となっている。上皮細胞の細胞膜は、体外に通じる管腔側 (apical) と体内に面した側底膜側 (basolateral) でタンパク質の構成が異なり極性が生じている。

epithelia

細胞膜で異物排出ポンプとしてはたらくABCC1とABCC2は類似した構造をもつが、basolateral側に局在化するABCC1に対してABCC2はapical側に局在化し、各々が正しい極性で細胞膜に局在化することで上皮細胞での物質輸送の方向性が確立される。両者の極性局在化を決定するシグナル配列を探索する多くの研究が試みられたが、いずれも明確な配列を求めることが出来ていなかった。

そこで私たちの研究グループは、細胞内で過剰発現させたペプチド断片による極性局在化の撹乱効果を指標にした独自のシグナル評価実験系を構築し、ABCC2をapical側の細胞膜へ局在化させるシグナル配列（S283QDAL287）を見出すことに成功した。また、ABCC1のbasolateral側細胞膜への局在化シグナル（L300I301）も同定した。これらの発見を踏まえて、構造の似たABCC1とABCC2の極性局在化を制御するメカニズムを明らかにすることを次の目標にしている。
【参考文献】Emi et al. J. Cell Sci.125, 3133-3143 (2012)、Emi et al. BBRC, 441, 89-95 (2013)

ABCC2は肝臓や小腸で発現し、ビリルビンやステロイドなどの生体物質や多種の外来性物質の代謝物をapical側の管腔に排出する。細胞の中で新たに生合成されたABCC2が細胞膜のapical側に局在化する過程について、制御機構の詳細は不明である。まず始めに、apical側の細胞膜で異物排出ポンプとしてはたらくABCC2の極性局在化に焦点を絞り、ABCC2の極性局在化を規定するシグナル配列と特異的に結合するタンパク質によるABCC2の極性局在化制御を明らかにすることを目的としている。

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最終的には、ゴルジ体以降の細胞内膜系でのABCC2の選別機構と極性局在化に始まり、細胞膜に到達したABCC2を膜に係留する機構や、細胞膜での品質管理、細胞内に取り込まれたABCC2の細胞膜へのリサイクリング、役割を終えたABCC2の分解系への選別など、一連の細胞内動態の制御を解明する研究を構想している。ABCC1などの他の輸送体を対象にした研究成果と併せ、上皮細胞の細胞膜ではたらく膜タンパク質の極性局在化の制御機構の全体像を解明することを目指して研究を展開している。

社会にとって何の役に立つのか？
ABCC2は肝臓や小腸ではたらく異物排出ポンプであり、ABCC2の欠損が高ビリルビン血症や薬物による肝障害の多発を伴うDubin-Johnson症候群の原因となる。また、ABCC2の発現亢進が腫瘍細胞の抗癌剤への耐性獲得に寄与している。本研究の成果が、ABCC2の局在化制御の破綻により起きる疾患や薬剤耐性獲得のメカニズムを明らかにすることに展開し、医療の向上などの面で社会に貢献することが期待される。

  • ABCトランスポーター

    生体膜を介して物質を出し入れするタンパク質をトランスポーター（輸送体）という。ABCトランスポーターのABCは、ATP-binding cassette（ATP-結合カセット）の頭文字から来ている。ヒトゲノムにおいて、49種の遺伝子が見つかっているが、タンパク質として実際に機能するものは48種類。（※これによってABC48とも言われる・・ウソです。）

  • Walkerモチーフ

    ATP加水分解活性を持つ多くのタンパク質で見出されるコンセンサス配列で、ATPの結合と加水分解に関与する構造を形成する。Walker AモチーフはATPのリン酸基結合部位で、GXXXXGKT/Sがコンセンサスとして見出される。Walker Bモチーフは、Mg2+を介してヌクレオチドに結合し、ΦΦΦΦDE（Φ：疎水性アミノ酸）がコンセンサス配列として見出される。

  • 腸肝循環

    肝臓から胆管に排出されたグルクロン酸抱合体は、腸管を移動する間に腸内細菌がもつβ-グルクロニダーゼの作用で加水分解されて元の化合物（アグリコン）に変わり再び吸収されることがあり、これを腸肝循環という。

  • Signatureモチーフ

    Cモチーフとも呼ばれる、ABCトランスポーターに特徴的な配列。真核生物と原核生物を問わず、一部の例外を除いてLSGGQの配列が保存されている。

  • 局在化シグナル

    細胞の中に存在するタンパク質は、一部の例外を除いて特定の細胞小器官（オルガネラ）に限定的に存在している。これをタンパク質の局在化といい、局在化を決定する情報が書き込まれているアミノ酸配列を局在化シグナルという。標的化シグナルも似たようなニュアンスで用いられるが、新たに合成されたタンパク質が局在場所への輸送途上に仕分けられるための配列という意味合いが強い。

  • 抱合反応

    ある化合物がもつ原子団を、ほかの化合物の官能基に転移する反応。グルタチオン抱合、グルクロン酸抱合、硫酸抱合、アミノ酸抱合などがある。リン酸基や水酸基の転移反応などと区別して、生体異物や生体内物質の官能基に生体成分を結合させる転移反応を指す。多くの場合、抱合反応を受けることによって尿中や胆汁中に排泄されるが、一部では活性化されて毒性の原因となる場合もある。