単純な生化学反応から自律振動子を作る仕組みを解明

1分1秒を争うというほどキッチリとはしてませんが、「朝、目が覚め、夜、眠くなる」ように、私たちの多くの機能は周期的に働いています。このような周期的な振る舞い（振動）を作る元になるシステムが「自律振動子」です。自律振動子を作り「人工時計」として働かせることができれば、体内時計の乱れが原因の不眠症などのリズム疾患の治療につながる可能性があります。しかし、これまで具体的な仕組みや作成法は分かっていませんでした。

理研の研究チームは、自律振動子の具体的な仕組みや作成法を探るため、タンパク質の働きに着目しました。タンパク質を構成しているアミノ酸にリン酸基などの分子が酵素の働きで付加されることをタンパク質の修飾といいます。修飾が付加されたり外されたりすることでタンパク質の機能が調節されます。研究チームはコンピュターシミュレーションを用いて、タンパク質の修飾が時間とともに振動する条件を探しました。その結果、「複数の場所に修飾を受ける基質タンパク質」、「修飾を触媒する酵素」、「脱修飾を触媒する酵素」の3種類があれば、自律振動子が形成されることを発見しました。振動を生み出す仕組みは、基質1つ1つが決まった順番で修飾を受け、しかも基質間での修飾状態が揃うことでした。このために必要な、自律振動子として働く酵素や基質が持つべき条件も明らかになりました。

この成果は、未知の細胞内自律振動子を見つける手がかりとなります。さらには人工的にタンパク質の自律振動子を作って細胞に新たな機能を持たせる際の設計指針にもなると期待できます。