環状構造を持つ免疫抑制剤のコンフォメーション制御機構の解明

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免疫抑制剤において先ず要求される機能は膜の透過である。次に、細胞内での結合蛋白複合体の形成による活性型コンフォメーションへの変換、カルシニューリンの阻害である。本研究ではこれらシクロスポリンAやFK506といった免疫抑制剤のコンフォメーション制御機構を明らかにするためにその立体構造のトポロジーについて検討した。免疫抑制剤の構造上の特徴のひとつは、異常アミノ酸の含有率が高いことである。特に主鎖を形成する窒素原子がおおむねメチル化されている。このメチル化により、免疫抑制剤の分子内水素結合のドナーとアクセプターの組み合わせは著しく限定されていることが分かった。そのため、例えばシクロスポリンAでは結晶解析の結果より分子内に3本の水素結合があるが、他の組み合わせはほとんど取り得ない。そしてこれらの一連の分子内水素結合により環状構造を持つシクロスポリンAはβシート構造を形成する。βシート構造は蛋白質でよくみられるように立体構造上バックボーンを形成する固い構造である。そのトポロジーを建築学等で用いられている「マックスウエルの公式」に照らし合わせると剛性を獲得していることが分かった。そのため、結晶構造解析の結果と同じコンフォメーションを溶液中で取っていると仮定すると、分子表面が非常に脂溶性の高いコンフォメーションに固定され容易に膜透過ができると判断される。細胞内に進入したときに、何らかの力を受け(おそらく結合蛋白との複合体形成)分子内水素結合が切れたとき、そのコンフォメーションを保たせる幾何学的条件が解除されて別の活性型コンフォメーションに移行すると考えられる。現在、異常アミノ酸の位置をずらせた改変体の合成に着手し、水素結合の組み合わせを変えることによりこれら免疫抑制剤のコンフォメーション制御が可能か検討している。