タンパク質研究の専門家による、タンパク質の働き、歴史、最前線の研究、今後の展望など。
一般書ではあるが専門的な内容を多く含む。
タンパク質の基本的なはたらき。からだの構造を支えるコラーゲン、エラスチン、ケラチン、アクチン等。化学反応を触媒する。生体内の化学反応を助ける役割を持った分子を酵素とよび現在までに４０００種類以上が発見されている。その中には、Ｌ－アミノ酸をＤ－アミノ酸に変換するような反応を触媒する異性化酵素もある。遺伝子発現を制御する。タンパク質合成の際には遺伝子情報がmRNAに転写され、mRNAがタンパク質を作る。これを翻訳といい、遺伝子がタンパク質の生産を支配している。しかしその遺伝子の発現を制御しているのは転写因子などのタンパク質である。細胞増殖、分化、恒常性を維持する。神経ペプチド、ホルモン、成長因子など。筋肉を収縮する。ミオシン、アクチンなど。物質を輸送する。トランスフェリンやトランスコルチンなど。生体防御、免疫グロブリンなど。
タンパク質は細胞内のリボソームで合成されるが、例として好熱菌では分子量１６０００のタンパク質でも数秒で合成される。ヒトなど真核生物ではもう少し時間がかかる。合成されたタンパク質のサイズは数ナノから数十ナノメートルである。
タンパク質の基本数。パン酵母においては６６００のタンパク質をコードする遺伝子が含まれている。ヒトでは少なくとも６万のタンパク質をコードする遺伝子を持つ。
しかし選択的スプライシングという現象により、同じ部分の遺伝子から毎回違う転写産物が生成されている。またヒトの遺伝病の数割はこのスプライシングによるものの可能性と、スプライシング産物の半数はタンパク質として機能していない可能性がある。
またタンパク質は、リボソーム内でmRNAから生成＝翻訳される途中または翻訳後に様々な修飾を受ける。これはプロセッシングやアミノ酸の修飾がある。
５章、人体のタンパク質マップを作る。2万種類の基本タンパク質がいつどこでどれくらいの量発現しているのか。
２０１０年に開始されたヒトプロテオームプロジェクトの目的は、ヒトの2万種類の基本タンパク質がいつどこで、どのくらい発現しているかを示すマップ＝アトラスを作成すること。
タンパク質の動態は様々で、元となる約2万の遺伝子から選択的スプライシングと翻訳後修飾によってプロテオフォームとしては１０万種類以上になる。組織により存在量が異なる。細胞、組織によって発現が異なる。部位によって活性が異なる。発現時期によって活性が異なる。相互作用によって活性が異なる。
また別に、ヒトプロテオームドラフトマップが作成中である。www.proteomicsdb.org
プロテオームのデータベースはこの他にも多数ある。
タンパク質の翻訳中、翻訳後修飾の異常と生理機能障害について。
タンパク質を構成するアミノ酸は２０種類あるが、そのうちグリシン以外のアミノ酸には、旋光性の異なる光学異性体が存在する。その異性体はL-アミノ酸、D-アミノ酸と呼ばれている。地球上のタンパク質はほとんどL-アミノ酸から構成されている。L-アミノ酸がD-アミノ酸に変わると、カルボニル基に対する側鎖の方向が変わるので、タンパク質の立体構造が全く違ってくる。
６章、タンパク質と病気の予防。細胞内ミトコンドリアでATPを生成する際、活性酸素が生じる。ウイルス感染に対する生体防御としても活性酸素は生産される。通常はカタラーゼやSODなどの酵素によって消去される。過剰な活性酸素はDNA損傷、アミノ酸配列の切断、アミノ酸側鎖の切断や修飾、タンパク質の酸化、細胞機能の低下などの原因になる。
システインやメチオニンのような硫黄を含むアミノ酸は、タンパク質を構成するアミノ酸の中で、最も酸化を受けやすいアミノ酸である。カルモジュリンはカルシウム結合タンパク質であるが、このタンパク質のメチオニン残基が加齢に伴って酸化されると、脳機能低下の原因になると言われている。また、タンパク質中のリン、アルギニン、プロリン、トレオニンなどのアミノ酸も活性酸素の影響を受けやすい。これらのアミノ酸が酸化されると、カルボニル化タンパク質が生じる。カルボニル化は老化の原因となる。皮膚ではシワやたるみ・くすみ、内臓や脳では機能低下を引き起こす。
コラーゲンについて、食品として摂取すると消化管で消化されてしまうため、そのまま皮膚や関節に移行することは無い。そのため、肌の改善や関節の痛みの改善に効果があるという科学的な証拠の開示が望まれていた。
コラーゲンを紫外線照射モデルのマウスに経口投与すると、紫外線によって生じたシワが改善されるが、これは皮膚に移行したコラーゲン由来ペプチドの効果かもしれない。
またコラーゲンにはグリシンやアラニンといった保湿性の高いアミノ酸が多量に含まれているため、皮膚に塗ると乾燥や老化を防ぐ効果があるといわれる。
いっぽう、西村栄美らは加齢による薄毛、脱毛の仕組みを明らかにした。毛包幹細胞においてDNA損傷が蓄積すると、１７型コラーゲンの分解が引き起こされ、毛包幹細胞が表皮角化細胞へと分化し、皮膚表面へと移行するため、毛包が小さくなり徐々に消失する。これが白髪や脱毛の原因になることを発見した。また、マウスで毛包幹細胞を含む基底細胞で１７型コラーゲンを発現させると一連の異常がすべて回復することを示した。１７型コラーゲンの発現を促進できる医薬品が見いだされれば、白髪や脱毛の予防や治療が行える可能性がある。
バイオマーカーや、病気の原因となる異常タンパク質の発現を抑える薬剤の設計についても取り上げている。
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