• 免疫レセプターに関わるタンパク質SGT1に焦点をあて立体構造を解明
• 免疫レセプターの安定化制御にはタンパク質SGT1のHSP90への結合が必須
• 免疫レセプター機能の強化を狙った、病気の新規薬剤設計が可能に

1.

背　景

植物は、「抵抗性タンパク質」と呼ばれる免疫レセプターを備えており、それによって病原体由来の物質を、直接的または間接的に認識する免疫システムを持っています。本研究グループを中心としたこれまでの研究では、この免疫レセプターが働くために重要な因子として、RAR1、SGT1、HSP90という3つのタンパク質を同定してきました。これらのタンパク質は、互いに結合して複合体を形成します。3つのタンパク質の機能を失った植物を用いた解析から、どのタンパク質の機能を失っても、免疫レセプターの量が激減し、様々な病原体に感染しやすくなることが明らかとなりました。以上のことから、RAR1-SGT1-HSP90複合体が免疫レセプターの安定化に重要な役割を果たすことがわかってきましたが、この複合体がどのようにして免疫レセプターを制御しているのか、詳細は不明でした。そこで、本研究グループは、これら因子の立体構造解析と生化学、分子生物学的解析を組み合わせた多角的なアプローチにより、その機能解析を試みました。

2.	研究手法と成果
	(1)	無作為変異導入法※4によるSGT1への変異導入と機能解析
		無作為変異導入法により、変異を導入したSGT1タンパク質を多数作出し、植物体における機能解析を行いました。その結果、免疫レセプターの機能を失う変異の多くが、CSドメインと呼ばれる領域に位置することがわかりました。先行研究から、CSドメインはRAR1とHSP90の両方と結合することが知られていましたが、この結果によって、CSドメインは、SGT1の機能にも必須であることが明らかとなりました。
	(2)	SGT1のCSドメインの立体構造解析とHSP90結合部位の特定
		NMR法※5によりCSドメインの立体構造を解析した結果、CSドメインは7つのβシートからなるサンドイッチ状の形をしており、片方の面にRAR1が、他方の面にはHSP90がそれぞれ結合することがわかりました（図1）。また、部位特異的変異導入法※6を用いて、RAR1、HSP90の結合面に存在するアミノ酸を多数置換し、酵母2ハイブリッド法※7による解析を行って、RAR1、HSP90との結合に重要なアミノ酸残基を特定しました。
	(3)	HSP90結合能を失ったSGT1変異タンパク質の機能解析
		CSドメインのHSP90結合部位に変異を導入したSGT1変異タンパク質を、植物体に発現させ、機能解析を行いました。SGT1の発現を人為的に抑制したタバコ植物体にSGT1変異タンパク質を一過的に発現させ、免疫レセプターのタンパク質量と病原体の増殖抑制制御の効果を確認しました（図2）。その結果、これらの変異によりSGT1変異タンパク質は、HSP90と結合できないだけでなく、免疫レセプターを安定化できず、さらにポテトウイルスなどの病原体の増殖も抑制することができないことがわかりました。
	(4)	RAR1、SGT1、HSP90タンパク質の結合実験
		RAR1、SGT1、HSP90タンパク質を試験管内で混ぜ合わせて結合状態を調べたところ、この3つのタンパクは同時に複合体を形成することがわかりました。さらに、RAR1はSGT1とHSP90の結合を大きく増強することがわかりました。

3.	今後の期待
	本研究で、植物が免疫レセプターを安定的に保持する仕組みが解明できました。ヒトの自然免疫でも、同様のシステムで免疫レセプターの制御が行われていることが報告されており、研究成果は、植物、動物両方への応用が期待できます。例えば、これら複合体の機能を強化することによって、病気により強い作物の作出が期待できます。また、この複合体の機能を強化する薬剤が開発できると、病気に効果のある薬として用いることが可能になると考えています。

<補足説明>

※1	免疫レセプター
	ヌクレオチド結合領域とロイシンリッチリピートと呼ばれる特徴的な構造を保持しているタンパク質の一群で、植物では｢抵抗性タンパク質｣と呼ばれている。植物はこれら免疫レセプターを介して植物病原体の感染を認識する。動物にも｢Nodファミリー｣と呼ばれる同様のタンパク質群が存在し、自然免疫において病原体の感染の認識に重要な役割を果たしている。
※2	HSP90
	代表的な分子シャペロンの一つで、主にキナーゼ、転写因子、ホルモンレセプターなどシグナル伝達系に重要な役割を果たす因子と結合することで、立体構造の安定化や活性調節を行う。HSP90の活性や基質タンパク質との結合特異性は、HSP90の結合因子であるコシャペロンにより調節されており、RAR1、SGT1もこのようなコシャペロンの一つと考えられている。
※3	分子シャペロン
	分子シャペロンはタンパク質の正確な折りたたみを助け、凝集や分解を防ぐだけでなく、タンパク質の活性制御にも関与している。
※4	無作為変異導入法
	遺伝子に人工的な突然変異を加える方法の一つ。この方法で、遺伝子の限られた部分内へ、ある程度ランダムに変異を導入できる。
※5	NMR法
	NMR（核磁気共鳴）法は、水溶液中のタンパク質の立体構造を解析する手法で、結晶化できないタンパク質の立体構造解析に非常に有効である。この方法によって、各水素核間の共有結合を介した相互作用と、空間を介した相互作用を分析することができ、これにより立体構造解析に必要な水素核間距離情報を得られる。この情報とタンパク質のアミノ酸配列情報をもとにコンピューター解析することで、タンパク質の立体構造を決定することができる。
※6	部位特異的変異導入法
	遺伝子の特定部位の塩基配列を任意の塩基に置換する変異方法。特にタンパク質の構造と機能との関係を調べる際に有効な研究手法である。
※7	酵母2ハイブリッド法
	タンパク質間相互作用を調べる手法。β-ガラクトシダーゼなどのレポーター遺伝子の転写活性を指標に、タンパク質間の相互作用を酵母内で検出する。

図１　SGT1のCSドメインの立体構造

NMR法による解析で、CSドメインの立体構造を解明した結果、CSドメインは7つのβシートがサンドイッチ状の形をしており、前面側にHSP90、反対側にRAR1がそれぞれ結合することがわかった。

図2　HSP90と結合できないSGT1変異タンパク質の機能解析

SGT1の発現を人為的に抑制させたタバコ植物に蛍光タンパク質（GFP）を発現するポテトウイルスXを感染させると、植物は防御反応を誘導できず、ウイルスの増殖を食い止められない（写真左下）。一方、SGT1を一過的に発現させると、植物は防御反応を誘導でき、ウイルスの増殖は抑えられる（左上）。しかし、HSP90との結合部位に変異を入れたSGT1を発現させても、ウイルスの増殖を抑制できない（右）。このことはHSP90との結合がSGT1の機能に必須であることを示している。