液－液相分離による「ねむり」制御の分子基盤の解明

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睡眠は神経系を持つすべての動物に保存された必須の生命現象であり、生命体の機能維持に不可欠であるが、その分子制御機構および本質的な機能は謎に包まれている。ショウジョウバエの行動遺伝学スクリーニングから、新規の睡眠誘因活性を持つタンパク質‘Nemuri’が報告され、睡眠制御の鍵を握ると考えられるが、その分子機能は全く不明である。そこで本研究では、生化学、構造生物学、行動遺伝学等を用いてNemuriの性状と相分離能力の分子基盤を明らかにするとともに、それが睡眠誘因活性の発現にどう関係するのかを明らかにする。Nemuriは天然変性タンパク質と予想され、安定なタンパク質を得るのが難しい。そこで安定化するためのタグを検討した結果、GB1タグを融合させることで安定したタンパク質として精製できることが明らかとなった。続いて15N標識GB1-Nemuriを調製し1H 15N HSQCスペクトルを測定した結果、Nemuriは配列からの予想通り全長にわたって天然変性状態であることが確かめられた。これまでに同定したNemuriと相互作用する新規因子について、ショウジョウバエのRNAiノックダウン実験を行い行動学的解析を行った結果、様々なストレス誘因性睡眠に重要であることが明らかとなった。そこでNemuriと新規因子の相互作用をAlphaFold2を用いて予測した結果、Nemuriは天然変性領域の一部をヘリックス構造へと変換することで新規因子と結合することが示唆された。さらにNMRを用いた相互作用解析を行った結果、Nemuriと新規因子は直接結合すること、その際Nemuriにはヘリックス構造が誘起されることが確かめられた。