[スポンサーリンク]

一般的な話題

2004年ノーベル化学賞『ユビキチン―プロテアソーム系の発見』

[スポンサーリンク]

スウェーデン王立科学アカデミーは6日、2004年のノーベル化学賞をイスラエル工科大学のアーロン・チェハノバ教授(57)、同アブラム・ヘルシュコ教授(67)、カリフォルニア大学アーバイン校のアーウィン・ローズ博士(78)に授与すると発表した。 細胞内で特殊な酵素の働きにより、不要なたんぱく質が分解される仕組みを解明した。

授賞理由は「ユビキチンの仲介でたんぱく質が分解される仕組みの発見」。ユビキチンは鎖状につながって特定のたんぱく質にくっつき、それが不要であることを示す目印となる。この目印によってシュレッダーの働きをする「プロテアソーム」の扉が開き、たんぱく質が切り刻まれる。(引用: 日本経済新聞)(写真: nobelprize.org

2004年のノーベル化学賞は、「ユビキチン-プロテアソーム系」を発見し、研究を進めた3氏に贈られました。タンパク質の生成や働きだけに注目していた科学界に、タンパク質の『死』という視点を示した研究です。

今回はこのノーベル化学賞の研究内容と、その概念を利用した新薬の開発について簡単に説明したいと思います。

 

ユビキチンとは何か

(PDB:1UBQ)

(PDB:1UBQ)

ユビキチン(ubiquitin, Ub)は、酵母からヒトまであらゆる真核細胞に存在する、76アミノ酸残基から成る小さなタンパク質です。名前の由来は、ラテン語の“ubique=あらゆるところで”という形容詞を基にした英語 「ユビキタス(ubiquitous)」からきています。「至る所に存在する」という意味があります。今回の受賞者である、チェハノバ教授とヘルシュコ教授らが名付けました。

ユビキチンは不要なタンパク質、たとえば合成ミスを起こしたり、寿命を迎えたものなどに複数個付加(ポリユビキチン化)されることで、「このタンパク質を壊してくれ!!」という分解シグナルとして働きます

ユビキチン自体はあくまで目印なので、分解を行うのは他の物質です。ユビキチンが結合した不要たんぱく質をシュレッダーのように分解する酵素をプロテアソームといいます。現在東京都医学総合研究所の田中啓二所長が1988年に精製に成功し、名付けました

嫌気性古細菌由来のプロテアソーム(PDB:1PMA)

嫌気性古細菌由来のプロテアソーム(PDB:1PMA)

 

ユビキチン-プロテアソーム系(UPS)

ユビキチンの活性化から結合、プロテアソームによるタンパク質分解までをになう一連の生化学経路をユビキチン-プロテアソームシステム(UPS)といいます。以下簡単に解説してみます。

ユビキチン-プロテアソームシステム(その1)

ユビキチン-プロテアソームシステム(その1)

第一段階 ユビキチンの活性化

ユビキチンは、ATPのエネルギーを利用してユビキチン活性化酵素E1のCys残基にチオエステルとして結合します。ATPは消費され、AMPとピロリン酸(PPi)に加水分解されます。

次に、E1と結合したユビキチン(E1-Ub)はユビキチン結合酵素E2 のシステイン残基に再びチオエステルとして渡され結合し、複合体E2-Ubが生成します。この段階でユビキチンの活性化が達成されます。

第二段階 標的タンパク質との結合

活性化されたユビキチンは、続いて数種のタンパク質からなるヘテロ複合体ユビキチンリガーゼE3と複合体を形成します。その際、E3は不要タンパク質とも結合し、介したユビキチンの受け渡しが行われます。ユビキチンは不要タンパク質のLys残基のアシル化を介して結合します。これをユビキチン反応といいます。

第三段階 ポリユビキチン化された標的タンパク質の形成

第二段階までのユビキチン反応が繰り返し起こることによって、ユビキチン分子が鎖状に結合したポリユビキチン鎖が形成されます。ここまでで分解のための目印形成が完成しました。

第四段階  プロテアソームによるタンパク質の分解
ユビキチン-プロテアソームシステム(その2)

ユビキチン-プロテアソームシステム(その2)

20sプロテアソーム(28個のサブユニットからなる複合体)は両端でユビキチン認識サブユニットと結合し、26Sプロテアソームを形成しています。ここに第三段階で形成したポリユビキチン化不要タンパク質が運搬されます。その後、ATP依存的にタンパク質の分解が起こります。この際、ポリユビキチン鎖は不要タンパク質から取り外されます。ポリユビキチン鎖は再び第一段階にもどって再利用されます。

以上がUPSの概要です。このシステムが異常をきたしたら、一体どうなるのでしょうか?

人間の体内では毎日タンパク質が作られていますが、新生蛋白質の30%が不良品だそうです。それらの不良品が体内にとどまっていると、体内機構に影響を及ぼし、何らかの疾患を引き起こす可能性があります。異常タンパク質の蓄積が原因で引き起こされると考えられている疾患としては、様々な神経変性疾患(アルツハイマー病、パーキンソン病、プリオン病など)が知られています。

そのため異常タンパク・不要タンパクを適切に分解除去するUPSは、生物にとって大変重要な仕組みなのです。

 

ユビキチン-プロテアソーム系の阻害物質

UPSの仕組みを逆手にとり、がん細胞内のプロテアソームを阻害することで異常タンパク質を蓄積させ、がん細胞を死滅させるタイプの抗がん剤が開発されています。米国では2003年にプロテアソーム阻害剤 ボルテゾミブ (Bortezomib、商品名Velcade)が認可されました。

nobelprize2004_7

UPS系の阻害物質として研究されている物質は他にもたくさんあります。阻害に関与する段階によって、以下のように分類されています。詳しくは参考文献をご覧になってください。

  1. プロテアソーム阻害物質:Lactacystin、Epoxomicin、MG 132、PS-341 (Bortezomib)、TMC-95A、Tyropeptin A、Salinosporamide A、Belactosin A、Agosterol Cなど
  2. ユビキチン活性化酵素E1阻害物質: panepophenanthrinなど
  3. ユビキチンリガーゼ E3阻害物質:Chlorofusin、 Calcone C、 syc-7など
  4. 脱ユビキチン化酵素阻害物質:Prostaglangdin J2、Punaglandin 4 など

以上、簡単に2004年ノーベル化学賞の研究内容を紹介してみました。研究者ならば、ノーベル賞の候補にあがる研究をしてみたいと思いますね。化学って面白いよね!!

(※本稿は以前公開されていたものを「つぶやき」に加筆修正のうえ移行したものです)

参考文献

  • 塚本佐智子ら、有機合成化学協会誌, 62, 968 (2004).

関連書籍

[amazonjs asin=”4897069637″ locale=”JP” title=”ユビキチンがわかる―タンパク質分解と多彩な生命機能を制御する修飾因子 (わかる実験医学シリーズ―基本&トピックス)”][amazonjs asin=”3527314350″ locale=”JP” title=”Protein Degradation: Cell Biology of the Ubiquitin-Proteasome System”]

外部リンク

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 研究者のためのマテリアルズインフォティクス入門コンテンツ3選【無…
  2. 第16回ケムステVシンポ「マテリアルズインフォマティクス?なにそ…
  3. メルクがケムステVシンポに協賛しました
  4. ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2025年版・10/08…
  5. MFCA -環境調和の指標、負のコストの見える化-
  6. リアル『ドライ・ライト』? ナノチューブを用いた新しい蓄熱分子の…
  7. 高分子材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?
  8. 「野依フォーラム若手育成塾」とは!?

注目情報

ピックアップ記事

  1. スイスでポスドクはいかが?
  2. 人名反応に学ぶ有機合成戦略
  3. 3.11 14:46 ②
  4. 温和な室温条件で高反応性活性種・オルトキノジメタンを生成
  5. π電子系イオンペアの精密合成と集合体の機能開拓
  6. DABSOを用いるSO2導入反応 SO2 incorporation using DABSO
  7. クロスカップリングはどうやって進行しているのか?
  8. 活性二酸化マンガン Activated Manganese Dioxide (MnO2)
  9. スイスに留学するならこの奨学金 -Swiss Government Excellence Scholarshipsー
  10. 有機合成化学協会誌2018年11月号:オープンアクセス・英文号!

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2004年11月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

注目情報

最新記事

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP