水チャネルの選択性とその制御機構の解明

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昨年度、AQP4の二次元結晶二枚が細胞外ループで相互作用してできた特殊な二次元結晶について、電子回折図形と電子顕微鏡像を同じ結晶から続いて撮影して、それを基に電子線結晶構造解析を行う手法を開発した。これについては今年度論文発表を行った。また、この構造解析法を用いて、AQP4の原子モデルを3.2Å分解能で決定し、そこから、生体中で観察できるAQP4の脂質二重層内での格子形成のメカニズムを明らかにした。この相互作用にはアルギニンとチロシンの側鎖同士の水素結合が関与しており、この相互作用はN末付近にあるアルギニンにより阻害されると考えられる。実際、天然には23番目のメチオニンよりN末側がないサブタイプがあることが知られており、このタイプのAQP4を発現すると、大きな格子を形成することが知られている。これにより、二つのサブタイプを共存されることにより、天然に局在しているAQP4の格子の大きさがコントロールされているという機構が明らかになった。また、結晶中での細胞外のループ同士の相互作用が明らかになったので、その天然での役割についても研究を継続している。AQP0については細胞外同士の相互作用が細胞接着に利用されているという知見が得られており、このような性質が水チャネル、アクアポーリンのもう一つの機能として広く利用されている可能性もある。これ以外にAQP1の分子動力学シミュレーションから、水の効率的な透過に重要と考えられる残基がいくつか特定できたので、それらの部位の変異体を、昆虫由来のSf9細胞とバキュロウイルスを用いて発現する系を確立した。今後、この発現した蛋白質を用いて機能測定を行い、効率的な水透過の詳細な分子機構を明らかにしたいと思う。最後にAQP3に関しは、Sf9細胞を用いて1L培養液から数mgの蛋白質を定常的に得られるようになったので、電子線結晶構造解析の進展が期待される。