哺乳動物で獲得されたアラーモンによる新たなストレス応答制御機構の解明

細菌のストレス応答を包括的に制御する、グアノシン四リン酸(ppGpp)が動物細胞において検出された。しかし、その合成経路、関連するシグナル伝達系、どのような代謝調節を行っているかなどは一切明らかになっていない。そこで、本研究では、哺乳動物細胞におけるppGppによる細胞制御システムの分子基盤を明らかにし、細胞内における生理的な役割を明らかにすることを目的とする。2021年度は、動物のグアノシン三リン酸(GTP)センサーである、ホスホイノシチジルイノシトール5-リン酸4-キナーゼβ(PI5P4Kβ)を、ppGppのエフェクター分子候補の一つと定め、その結合性の評価を行った。まず、X線結晶構造解析によって、ppGppがGTPと同じ位置でPI5P4Kβと結合することが確認された。一方で、等温滴定カロリメトリー(ITC)によってppGppのPI5P4Kβへの結合力を評価したところ、基質をGTPとしたときには熱が観測された濃度範囲においてppGppでは熱が観測されなかった。以上のことから、ppGppはPI5P4Kβと結合はするものの、その結合力はGTPよりも弱いと考えられる。今回の結果は動物由来のタンパク質がppGppと結合することを確認した実験であり、動物がppGppに反応しうることを示したという点で重要な知見となった。さらに、ppGppと結合しうる別のタンパク質を探索するため、Protein Data Bank (PDB)よりGTPやその他の核酸と結合したタンパク質の構造データを網羅的に収集した。収集した構造のリガンド周辺の空間を計算し、ppGppが入れるほどの空間を持つタンパク質をスクリーニングした。その結果、収集した128種の構造のうち、76種がこの条件に該当した。今後はこれらの候補タンパク質を精査し、ppGppシグナル伝達に関わるタンパク質候補の発見を目指す。

細菌のストレス応答を包括的に制御する、グアノシン四リン酸(ppGpp)が動物細胞において検出された。しかし、その合成経路、関連するシグナル伝達系、どのような代謝調節を行っているかなどは一切明らかになっていない。そこで、本研究では、哺乳動物細胞におけるppGppによる細胞制御システムの分子基盤を明らかにし、細胞内における生理的な役割を明らかにすることを目的とする。2021年度は、動物のグアノシン三リン酸(GTP)センサーである、ホスホイノシチジルイノシトール5-リン酸4-キナーゼβ(PI5P4Kβ)を、ppGppのエフェクター分子候補の一つと定め、その結合性の評価を行った。まず、X線結晶構造解析によって、ppGppがGTPと同じ位置でPI5P4Kβと結合することが確認された。一方で、等温滴定カロリメトリー(ITC)によってppGppのPI5P4Kβへの結合力を評価したところ、基質をGTPとしたときには熱が観測された濃度範囲においてppGppでは熱が観測されなかった。以上のことから、ppGppはPI5P4Kβと結合はするものの、その結合力はGTPよりも弱いと考えられる。今回の結果は動物由来のタンパク質がppGppと結合することを確認した実験であり、動物がppGppに反応しうることを示したという点で重要な知見となった。さらに、ppGppと結合しうる別のタンパク質を探索するため、Protein Data Bank (PDB)よりGTPやその他の核酸と結合したタンパク質の構造データを網羅的に収集した。収集した構造のリガンド周辺の空間を計算し、ppGppが入れるほどの空間を持つタンパク質をスクリーニングした。その結果、収集した128種の構造のうち、76種がこの条件に該当した。今後はこれらの候補タンパク質を精査し、ppGppシグナル伝達に関わるタンパク質候補の発見を目指す。