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2013年9月 2日 (月)

エンドレスなタンパク質合成

23 August 2013
RIKEN Research Highlights
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 環状RNA分子を鋳型として使うことで、
長鎖タンパク質を高効率で合成すること
に成功
 
 タンパク質は一般に、直鎖状の
メッセンジャーRNA(mRNA)にコード
されている。
 
 mRNA分子はリボソームによって
ポリペプチド鎖へと翻訳され、リボソーム
がmRNAを読み取るごとに、そのmRNAが
コードするタンパク質のコピーが
1つずつ作られていく。
 
 理研伊藤ナノ医工学研究室の阿部洋
専任研究員および伊藤嘉浩主任研究員の
研究グループはこのたび、両端が閉じた
mRNAのループを用いることで、
連続的なタンパク質生産の安定的な
組み立てラインが得られる可能性を
示した1。
 
 DNAの複製では、1つの環状DNAを鋳型
にして大量のコピーを連続的に作製する
「ローリングサークル増幅」と呼ばれる
手法が一般的に用いられているが、
阿部専任研究員は、これと同様の手法を
タンパク質の生産にも応用できるのでは
ないかと考えた。
 
 「環状のRNAをタンパク質の翻訳に使う
というアイデアが浮かびました」と
阿部専任研究員は振り返る。
 
 ところが、この試みについてはすでに
他の研究グループが大腸菌について行って
おり、環状RNAを利用したプロセスは
直鎖状RNAを鋳型に用いたときと比較して
効率が大幅に低いという結論が導かれて
いた。
 
 そこで研究グループは、大腸菌の
細胞抽出物による環状RNAの生産性を左右
する要因を明らかにすべく、さまざまな
mRNA構築物の系統的な検討に着手した。
 
 典型的なタンパク質コードRNAは、
リボソーム結合配列および「開始コドン」
に始まり、完成したポリペプチド鎖から
リボソームを解離させる「終止コドン」
に終わる。
 
 研究グループは、終止コドンを持たない
「無限」のコード領域を特徴とする、
長さの異なる4種類の環状RNAを作製して
タンパク質合成を行い、最小のものを
除く全ての環状RNAから、タンデムに並んだ
リピートタンパク質の連続的な鎖が
得られることを明らかにした(図1)。
 
 次に研究グループは、同じ126塩基の
配列を持つ環状RNAと直鎖状RNAとで生産性
を直接比較した。
 
 するとその結果、意外にも環状RNA分子
の生産性は直鎖状の鋳型をはるかにしのぎ、
合成されたタンパク質の量は直鎖状RNAを
用いた場合の100倍に上ったのである。
 
 この効率の上昇について阿部専任
研究員は、直鎖状の鋳型では翻訳を終えて
解離したリボソームが新たな結合部位を
探さなければならず、リボソームの
「リサイクル」が必要となるのに対し、
閉じた鋳型では同じリボソームが連続的
な翻訳反応を強制されているという
事実によるのではないかと考えている。
 
 「我々は、タンパク質翻訳の律速段階
がリボソームのRNAに対する結合である
ことを証明しました」。
 
 蛍光タンパク質をコードする環状RNAは、
生化学分析において分子標的を標識する
有用な「タグ」となる可能性があるが、
阿部専任研究員は、今回開発した
ローリングサークルによる
タンパク質合成法もまた、
バイオテクノロジーや材料工学用に
長鎖タンパク質を大量生産するための
有効なツールになるのではないかと
考えている。
 
 「クモの糸やコラーゲンなど、
反復配列を含むタンパク質の生産に使える
可能性があります」と阿部専任研究員は
語っている。
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 面白いですね。
 
>クモの糸やコラーゲンなど、
>反復配列を含むタンパク質の生産に
>使える可能性があります
 
 クモの糸が効率的に生産出来れば、
素晴らしいと思います。
 
 期待したい。

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