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３－２－５ タンパク質の機能を観る －Ｇタンパク質共役受容体を対象として－ 概要 ヒトゲノムには約2 万２千種のタンパク質の遺伝子がある。それぞれが色々な生理機能を担 っているので、それぞれに特有な機能の観察方法があるはずである。本稿では、我々の研究 室の主要なテーマであるＧタンパク質共役受容体（G Protein-Coupled Receptors, GPCR）につ いて、昆虫細胞を用いた大量発現法とGPCR—Ｇα融合タンパク質を用いた機能測定法につい てのべる。 １．はじめに Ｇタンパク質共役受容体(GPCR) は大きなファミリーをなし、ヒトでは 750 種ぐらいの GPCR 遺伝子がある。ヒトゲノム中での最大のスーパーファミリーである。750 種の約半分 は匂いを感ずる匂い受容体である。残り半分は、他の外来刺激（光、味物質、フェロモン） や内在性情報伝達因子（ホルモン、神経伝達物質など）を認識する受容体（レセプター）で ある[1]。GPCR が細胞外の刺激因子を認識するとは、非共有結合的に結合することである。 細胞外刺激因子と結合した GPCR は、細胞内のＧタンパク質と相互作用し、それを活性化 する。GPCR とG タンパク質αサブユニットとの融合タンパク質を用いて、味物質、ホル モン、神経伝達物質などのセンサーとして使う試みについて述べる。また、代表的なGPCR の一つであるムスカリン性アセチルコリン受容体[2]を昆虫細胞を使って大量発現する方法 についても述べる。 ２．Ｇタンパク質共役受容体（GPCR）とＧタンパク質の基本的な性質 ２．１ 膜タンパク質としてのGPCR GPCR は細胞膜を貫通するタンパク質で、細胞の 外側にも内側にも顔を出している。普通のGPCR はアミノ酸が400-700 個ぐらいつながった大きさ で、分子量が４万から７万ぐらいである。一方の 端（アミノ末端、Ｎ末端）は細胞の外側にあり、 他方の端（カルボキシ末端、Ｃ末端）は細胞の内 側にある。GPCR は細胞膜を横切る部分が７ヶ所 あるのが特徴で、細胞膜７回貫通タンパク 図１：GPCR-Gの立体構造 質とも呼ばれる（図１上部、淡青色）。 細胞の外側にあるホルモン、神経伝達物質は大体小さな分子で、GPCR の外側と細胞膜貫 通部分に結合する。いわゆる鍵と鍵穴の関係で、特定のアゴニスト（作動薬：ホルモンや伝 執筆者 生命科学科 教授 芳賀達也（tatsuya.haga@gakushuin.ac.jp） 達物質あるいはそれと同じ機能を持つ化合物）と特定の受容体が構造的にピッタリあうよう になっている。リガンドが結合した受容体はその立体構造が変化して、細胞の内側にあるＧ タンパク質に作用して、それを活性化する。 ２．２ Ｇタンパク質（GTP 結合制御タンパク質） Ｇタンパク質はαβγ３量体からなり、αサブユニットがGTP 結合タンパク質である（図１ 下部左、茶色）。細胞の内側に存在し、βγサブユニット（図 1 下部右、黄色と濃い青色） に結合した脂質で細胞膜に繋がっている。通常はαサブユニットにGDP が結合し、α βγ GDP ３量体として存在する。アゴニストと結合した受容体はα βγ３量体に作用して、GDP の GDP 放出を促進する。GDP が放出されたあとにGTP が結合するが、GTP が結合すると３量体はαGTP とβγサブユニットに解離する。解離したα とβγサブユニットは、その種類によって細 GTP 胞内のアデニル酸シクラーゼやホスホリパーゼC などを活性化し、サイクリックAMP (cAMP)、 イノシトール３リン酸(IP3)、ジアシルグリセロール(DG)など細胞内２次メッセンジャーの 生成を促