多剤排出トランスポーターMDR1の分子機構 : 薬物トランスポーター

薬 物 トラ ンス ポ ー タ ー:多 選択的基質認識の分子基盤
多剤排出 トランスポーターMDR1の
分子機構
生体防御のABC
植田和光
多 剤排 出 トラ ン ス ポ ー タ ー は環 境 中 の さ ま ざ ま な構 造 の 有 害 物 質 の 侵 入 に 対 処 す る た め,バ ク
テ リア か ら ヒ トまで ほ と ん ど す べ て の 生物 が も つ.多 剤 排 出 トラ ン ス ポ ー ター が さ ま ざ ま な 構
造 の脂 溶 性 物 質 を基 質 と して 認 識 す る メ 力 ニ ズ ム と輸 送 メ 力 ニ ズ ム に つ い て考 察 した.MDR1
を代 表 とす るATP駆
動 型 トラ ンス ポー ター"ABC蛋
ぐ ため に最 前 線 で 働 く"生 体 防 御 のABC"で
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ABC蛋
あ る.MDR1を
白質
生体 防御
は じめ に
介 して 薬 物 相 互 作 用 が 生 じ,ま た
トラ ン ス ポ ー タ ー
ま なATP駆
わ れ わ れ は,さ
用 し て い る が,そ
ま ざ ま な 食 物 を 摂 取 し栄 養 源 と し て 利
cassette)蛋
の 中 に は 人 あ る い は 動 物 に と っ て有 益
い る.
な も の ば か りで は な く,多
物 は,消
体 異 物 の 外 界 か らの 侵 入 を 防
白質 の 破 綻 は さ ま ざ ま な 疾 病 を ひき 起 こ す.
MDRIABC蛋
る.食
白 質'は,生
白 質"が 生 体 異 物 に 対 す る 防 御 に か か わ っ て
くの 有 害 な物 質 が 含 ま れ て い
化 酵 素 に よ っ て 分 解 さ れ た の ち,小
ら取 り込 ま れ る(図1).水
動 型 トラ ン ス ポ ー タ ー"ABC(ATPbinding
溶 性 物 質 に 関 し て は,必
腸か
栄 養 素 は 特 異 的 な ト ラ ン ス ポ ー タ ー に よ っ て 吸 収 さ れ,
そ れ 以 外 は 体 外 へ と排 泄 さ れ る.し
か し,脂
1,多 剤排 出 トラ ンス ポー タ ーMDR1
要 な
溶 性物質 は
多 剤 排 出 トラ ン ス ポ ー ター と して 最 初 に 同定 され た の
は,ヒ
トと マ ウ ス のMＤR1遺
伝 子 で あ る.筆
者 らは,
.単純 拡 散 に よ っ て 栄 養 吸 収 細 胞 の 細 胞 膜 を 透 過 す る た
癌 細 胞 が 治療 途 中 に作 用 機 構 や 構 造 が 異 な る多 数 の 抗 が
め,小
ん 剤 に対 して,同 時 に 耐 性 を獲 得 す る “獲 得 性 多 剤 耐 性 ”
腸上 皮 に 何 も 防 御 機 構 が な け れ ば,図1の
有 害 物 質 も 体 内 に 吸 収 さ れ る.も
ち ろ ん 肝 臓 に はP-450
な ど の 関 与 す る 解 毒 機 構 が あ り,有
化 ・還 元 ・水 解 さ れ た の ち,グ
酸,硫
よ うに
害 な生 体異 物 は酸
ル タ チ オ ン,グ
ル クロ ン
酸 と の 抱 合 に よ っ て 水 溶 性 物 質 へ と 変 換 さ れ る.
そ し て,そ
れ ら抱 合 体 は本 特 集 の 杉 山 ら に よ っ て紹 介 さ
とい う治 療 上 の 問 題 を研 究 中,高 度 に抗 が ん剤 耐 性 を獲
得 した 培 養 細 胞 で 増 幅 して い る 遺 伝 子 を単 離 す る こ とに
成 功 した.そ
して そ の 遺 伝 子 を 多 剤 耐 性(multidrugre
sistance)の 頭 文 字 を と っ てMDR1と
らは,MDR1発
名 づ け たL2).筆 者
現 ベ ク ター を薬 剤 感 受 性 細 胞 に 導 入 す
れ て い るMRP(multidrugresistance-associatedPro
る と細 胞 は さ ま ざ ま な抗 が ん 剤 に 対 して 耐性 に な る こ と
tein)フ
を 明 らか に し3),さ ま ざ ま な 脂 溶 性 の 化 合 物 をATP加
ァ ミリー の 排 出 ポ ンプ に よ っ て 胆 汁 中 へ と排 泄
さ れ る.し
か し,物
質 によっては この解毒機構 によって
さ ら に 毒 性 を 増 す 場 合 も あ り,食
質 か ら 身 を 守 る に は,小
策 で あ る.小
Kazumitsu
588
蛋 白質
腸 か らの 吸 収 を 防 ぐの が 最 善 の
腸 上 皮 で は,MDR1を
代 表 とす る さ ま ざ
す る ポ ンプ と して 機 能 す る こ とを 明 らか に した.
MDR1は
ヒ トの 正 常 組 織 で は 小 腸,腎
肝 臓 の毛 細 胆 管 の 管 腔 側,脳
Ueda, 京都大学大学院農学研究科応用生命科学 専攻生化学研究室
kais.kyoto-u.ac.j
Molecular
物 中の有害 な脂溶性物
水 分 解 の エ ネ ル ギ ー を利 川 して細 胞 内 か ら細 胞 外 へ 排 出
E-mail
mechanism
of multidrug
核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
transporter
MDR I : ABC in host-defense
と精 巣 の 毛 細 血 管 内 皮,副
: [email protected]
p
machinery
近 位 尿 細 管,
http : //cseika-1,
II.MDR1と
薬 物動 態
前 記 の よ う に,MDR1は
腸上 皮 に お い て,さ
小
まざまな脂
溶 性 化 合 物 を 排 出 して い る.そ
れ ゆ え,MDR1は
経 口投 与 さ
れた さまざまな薬剤の体内へ の
吸 収 に 大 き な 影 響 を 与 え る.筆
者 ら は ヒ トMDR1が
さ ま ざ ま
な薬 剤 を 実 際 に輸 送 す る か ど う
か を 検 討 す る た め に,経
細胞輸
送 実 験 系 を 確 立 し た8,9).ブ
タ
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腎 尿 細 管 由 来 培 養 細 胞 のLLCPK1に
図1MDR1の
(a)MDR1は
ヒ トMDR1を
る と,MDR1は
生 理 的役 割
有 害 な 脂 溶 性物 質 が小 腸 か ら体 内 に 吸収 され る の を防 い でい る.
発 現 させ
頂 端(apical)膜
に 極 性 発 現 し た.こ
(b)血 流 中 に 入 って しま っ た生 体 異 物 あ る いは 有 害な代 謝 物 を 尿 中,胆 汁 中へ 排 泄 す る と と も
に 、脳,精 子,胎 児,幹 細 胞 な ど を有 害 物 質 か ら守 って い る,
Coster社
の細 胞 を
のTranswellの
よ う
な 多 孔 性 フ ィル タ ー を は っ た カ
ッ プ に 密 に は や す と,細
胞 間 に
腎 皮 質,妊 娠 時 の 子 宮 お よ び 胎 盤 な ど で 発現 して い る.
タ イ トジ ャ ン ク シ ョ ン を 形 成 す る(図2),MDR1の
ま た,造 血 幹 細 胞 な ど 多 く の 幹 細 胞 で 発 現 し て い る.
で は な い 脂 溶 性 物 質 は 細 胞 を 経 て 頂 端 側 の 培 地 と基 底 側
MDR1は
の 培 地 に 拡 散 す る.し
有 害 な 脂 溶 性 物 質 が 体 内 に 吸 収 され る の を 防
か し,MDR1の
基 質 は頂端 側 に
ぐだ け で な く,血 流 中 に 入 っ て し ま っ た生 体 異 物 あ る い
排 出 さ れ る た め,頂
は 有 害 な代 謝 物 を,尿
る(つ ま り小 腸 か ら は 吸 収 さ れ に くい).筆
中,胆
汁 中へ 排 泄 す る と と も に,
端 側 か ら基 底 側 へ の 移 動 は抑 制 され
脳,精 子,胎 児,幹 細 胞 な ど を有 害 物 質 か ら守 っ て い る(図
細 胞 輸 送 系 を 用 い て,強
1).実
ウ ム チ ャ ネ ル 阻 害 剤 ベ ラ バ ミ ル,ア
際,MDR1遺
伝 子 の ノ ッ ク ア ウ トマ ウス や 発 現 の
異 常 な マ ウ スで は,脳
内 や 胎 仔 中 の 薬 剤 蓄 積 量 の 増 大,
薬 剤 の 神経 毒性 の増 加,奇
形 を も っ た マ ウ スの 出 産 が 報
こ の よ う な 異 物 排 出 に 関 与 す るMDR1類
縁遺伝 子 が
け で あ る の に 対 して,酵 母 に は基 質
特 異 性 の 少 しず つ 異 な っ た 何 種 類 ものMDR1類
心 配 糖 体 ジ ゴ キ シ ン9),カ
制 剤 シ ク ロ ス ポ リ ンA,FK5061Dな
ル シ
ジ ド ピ ン10),免 疫 抑
ど がMDR1に
て 輸 送 さ れ る こ と を 明 ら か に し た.さ
ら に,ジ
よ っ
ゴキ シン
縁遺伝
た(図2).
ジ ゴ キ シ ン は治 療 濃 度 域 が 狭 く,中 毒 域 で は 重 篤 な 副
作 用 を ひ き起 こす こ とか ら,血 中 濃 度 の 管 理 が 重 要 な 薬
子 が 発 現 して い る.お そ ら く異 物 排 出 とい う機 能 は 単 細
剤 で あ る.そ
胞 生 物 で あ る 酵 母 に と っ て は 身 を守 る た め に 重 要 で あ
ン な ど化 学 構 造,薬
り,進 化 の 過 程 で 遺 伝 子 重 複 が 起 こ っ た と想像 で きる.
て,ジ
MDR1が
な っ て い る.経
属 す るABC蛋
者 らはこの経
の 輸 送 が 他 の 薬 剤 の 共 存 に よっ て 阻 害 さ れ る こ と を示 し
告 され て い る4,5)。
ヒ トで はMDR1だ
基質
白 質 フ ァ ミ リー は,そ れ ぞ れ の
して キ ニ ジ ン,ベ ラバ ミル,シ
クロスポ リ
理 作 用 の異 な る種 々 の併 用 薬 に よ っ
ゴ キ シ ン血 中 濃 度 が 上 昇 す る こ とが 臨 床 上 問 題 に
細 胞 輸 送 実 験 は,ジ
ゴ キ シ ン のMDR1
蛋 白 質 が チ ャ ネ ル や 分 子 ス イ ッチ な どの さ まざ ま な機 能
に よ る 輸 送 が 他 のMDR1の
に分 化 して い る6,7)が,真 核 生 物ABC蛋
こ と を 示 して お り,現 在 臨 床 で大 き な問 題 とな っ て い る
白質 の プ ロ トタ
イ プ は 異 物 排 出 ポ ン プ で あ る と考 え られ る.
薬 物 相 互 作 用 が,MDR1の
基 質 に よって影 響 を受 け る
よ う な排 出 ポ ン プ を 介 し て
起 こ る こ と を 示 した.こ の 実 験 系 は,さ
まざまな薬剤 の
小 腸 か らの 吸 収 性 を予 測 す るた め に 有 効 で あ る の と 同時
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.46No.5(2001)
589
さ れ,BmrRはC末
端 側 の ド
メ イ ン(BMCド
て2量
メ イ ン)を 介 し
体 化 し,N末
端 側のヘ リ
ッ ク ス ータ ー ンーヘ リ ッ ク ス 構
造 を 介 し てDNAに
そ し てBmr多
結 合 す る.
剤 排 出 ポ ン プ遺
伝 子 の 転 写 が 活 性 化 さ れ る.つ
ま り枯 草 菌 の 多 剤 排 出 トラ ン ス
ポ ー タ ーBmrの
BmrRは
転 写 因 子
さ ま ざ ま な構 造 の 脂 溶
性 薬 剤 を 認 識 す る の で あ る.膜
蛋 白質 で あ る トラ ンス ポ ー ター
図2ヒ
トMDR1を
介 する経 細胞輸 送 モデル 実験系
MDR1の
基 質(●,■)は
の構 造 解 析 は ま だ ま だ 困 難 であ
頂 端側 に排 出さ れ るた め,頂 端 側 か ら基 底側 へ の 移 動 は抑 制 さ れ る(右
側).基 質 ■ に よ って,MDR1に
る が,転
よ る● の 輸送 が 阻 害 を受 け,● の 頂端 側 か ら基底 側 へ の移 動 が
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増大 して い る(左 側).
写 因 子 の構 造 解 析 は困
難 で は な い.そ
BMCド
こ で,BmrRの
メ イ ン の 結 晶 構 造 が,
に,複 雑 な 薬 物 相 互 作 用 を予 測 す る た め に も有 効 で あ
薬 剤 を 結 合 し て い な い 状 態 と 基 質 の1つ
る.
phenylphosphonium(TPP)を
で あ るtetra
結 合 した 状 態 につ い て解
析 さ れ た14).
結 晶構 造(解 像 度2.8〓A)は 以 下 の よ う なBmrRとTPP
III.広い基質選択性の分子基盤
の 相 互 作 用 を 示 唆 した.ま
この よ う にMDR1は
さ ま ざ ま な構 造 の 脂 溶 性 物 質 を
ずBmrRは,基
質 非 結 合状
態 で は 基 質 結 合 ポ ケ ッ トが αヘ リ ッ ク ス 構 造 に よ っ て覆
輸 送 す る こ とに よ っ て,わ れ われ の体 を 守 っ て い る.し
わ れ て い る.TPP結
か し,側 鎖 の 少 しの 違 い に よ って ス テ ロ イ ド化 合 物 の 輸
結 晶 構 造 で は 見 え ない.お
送 され や す さ は 変 化 す る.ま
ら柔 軟 な構 造 に 変 化 して い る の だ ろ う.TPPは
た,MDR1の
基 質特 異 性
合 状 態 で は,そ
の αヘ リ ッ ク ス は
そ ら く構 造 が αヘ リ ッ ク スか
基 質結
を変 化 させ る 多 くの ア ミノ 酸 置換 が これ まで に 報 告 され
合 ポ ケ ッ トの奥 深 くに 入 りこ み,6つ
て い る12).さ ら に,光 親 和 標 識 で き る 化 合 物 を 用 い て
の 芳 香 環 と ス タ ッキ ン グあ る い は フ ァ ン デ ル ワ ー ル ス カ
MDR1の
で 相 互 作 用 して い る.ま た,基
特 定 の ア ミ ノ酸 と化 合 物 と の 間 に 共 有 結 合 を
形 成 で き る.以 上 の 結 果 は,MDR1の
特 定の 構 造 が 基
在 す る グ ル タ ミ ン酸 とTPPの
の 疎 水 性 ア ミ ノ酸
質 結 合 ポ ケ ッ トの 奥 に存
陽 性 荷 電 が 静 電 気 的 に相
質 を選 別 して い る こ と を示 して い る.残 念 なが らMDR
互 作 用 して い た,次
1の3次
の 疎 水 性 ア ミノ酸 とグ ル タ ミ ン酸 を1つ ず つ ア ラニ ンに
元 構 造 が 決 定 さ れ て い な い現 時 点 で は,MDR1
が ど の よ う な メ カ ニ ズ ム で 分 子 量0.3∼2K程
度 まで の
置 換 し,6種
に彼 ら はTPPと
相 互 作 用 す る6つ
類 の リ ガ ン ドに 対 す る 親 和 性 を 検 討 し
さ ま ざ まな 構 造 の 化 合物 を認 識 して い る の か は不 明 で あ
た15).そ の 結 果,グ
る131.
ドに対 す る 親和 性 を大 幅 に減 少 させ た が,1種
最 初 に 述 べ た よ う に,多 剤 排 出 系 は ほ とん どす べ て の
生 物 に 存 在 す る.枯 草 菌 の 多 剤 排 出 トラ ン ス ポ ー タ ー
BmrはATP依
ABC蛋
存 性 で は な く,H+勾
白 質 で は な い.し
配 依 存 性 で あ り,
ル タ ミ ン酸 の 置 換 は5種 類 の リ ガ ン
て は2倍 以 内 の 減 少 だ っ た.ま
類 に関 し
た,そ れ ぞ れ の 疎 水性 ア
ミノ酸 の置 換 の 影 響 は リガ ン ドに よ って 異 な っ て い た.
以 上 の 結 果 は,そ れ ぞ れ の リガ ン ドは 基 質 結 合 ポ ケ ッ ト
か し,多 剤 認 識 の メ カ ニ ズ ム
の 一・
部 の 特 定 の ア ミノ酸 と だ け 相 互 作 用 して い る こ と を
を枯 草 菌 の 多 剤 排 出 系 か ら類 推 す る こ と は で きる か も し
示 唆 して お り,こ の よ う な柔 軟 な基 質 認 識 と水 素 結 合 が
れ な い.枯 草 菌 の 多 剤 排 出 トラ ン ス ポ ー タ ーBmrは
関 与 し ない こ とが,さ
さ
ま ざ まな 薬 剤 に よ っ て 発 現 が 誘 導 され る.細 胞 内 に 侵 入
した 脂 溶 性 薬 剤 は 転 写 因 子 で あ るBmrRに
590
蛋白質 核酸
酵 素Vol.46No.5(2001)
よっ て捕 捉
ま ざ ま な構 造 の脂 溶 性 薬 剤 を 認 識
で きる 理 由 で あ る と考 え られ た.
現 在 予 想 さ れ て い る ヒ トMDRIの2次
元 構 造 で は,
膜 貫 通 領 域 に 電 荷 を も っ た ア ミ ノ 酸 は 存 在 し な い.第1
き る 基 質 結 合 ポ ケ ッ トを も っ て お り,His61,Gly64,
膜 貫 通 領 域 の 中 央 付 近 に あ るHis61が
Leu65は
た だ1つ
も つ 可 能 性 の あ る ア ミ ノ 酸 で あ る(図3).ま
と1司 じ くABC蛋
荷 電 を
た,MDR1
て い る の で は な い か と 筆 者 ら は 予 想 し て い る.
白 質 に 属 す るCFTR(cysticfibrosis
transmembraneconductanceregulator)はC1-チ
ル と し て 機 能 し,そ
ャネ
の 異 常 は 白 人 で最 も多 い遺 伝 病 で あ
陽性 荷 電 を も っ た リ ジ ンや ア ル ギ ニ ン
に 置 換 す る と,ド
キ ソ ル ビ シ ン に対 す る 耐 性 度 が 大 幅 に
減 少 し た.こ
の 結 果 は,61番
目 の ア ミ ノ 酸 と ドキ ソ ル
ビ シ ンの ア ミノ基 が 直接 相 互 作 用 す る こ と を示 唆 して い
は 第1膜
通 領 域 の 陽 性 電 荷 を も っ た ア ミ ノ 酸 がCl-の
通 るボア形
る の か も し れ な い.し
成 に 関 与 し て い る と 予 想 さ れ て い る16).そ
こで筆 者 ら
イ ドの よ うに 電 荷 を もた な い 化 合 物 が た く さ ん 含 ま れ
他 の19種
検 討 し て み た]7).そ
る.お
の 結 果,そ
静 電 気 的 な 相 互 作 用 はMDR1の
れ ぞ れ の 変 異MDR1を
ト
キ ソ ル ビ シ ンに対 す る相 対 耐性 度 が 大 き く変
化 す る こ と を 見 い だ し た.Hisを
と 置 換 す る と,ビ
し,側
ン ブ ラ ス チ ン,エ
側 鎖 の小 さい ア ミノ 酸
ン ブ ラ ス チ ンに 対 す る 耐 性 度 が 上 昇
鎖 の 大 き い ア ミ ノ 酸 と 置 換 す る と,コ
エ トポ シ ド に 対 す る 耐 性 度 が 上 昇 し た.ビ
はMDR1の
ン や エ トポ シ ド は 逆 に 小 さ い 基 質 で あ る.さ
の ア ミ
ノ 酸 は αヘ リ ッ ク ス の 同 じ面 に 位 置 す る(図3).こ
れ ら
分 子 量0.3∼2Kの
送基 質 との
基 質 認 識 に は 関与 せ
水 性 ア ミノ酸 の 芳 香 環 と ス タ ッ キ ン グ あ るい は フ
ァ ン デ ル ワ ー ル ス カ だ け が 関 与 し て い る と 考 え ら れ る.
そ れ に よ っ て,MDR1は
さらに 幅広 い基 質 特 異性 を発
揮 し て い る と予 想 さ れ る.
IV.ATP加
水分 解 機構
ら に,第1
れ ら の3つ
の 結 果 は,MDR1は
場 合 と は 異 な り,輸
ル ヒチ
他 の ア ミノ 酸 に 置 換
し た 場 合 も 同 様 な 傾 向 を 示 し た18).こ
基 質 には ス テ ロ
ル ヒチ ンや
ンブ ラ ス チ ン
基 質 の 中 で は 大 き い ほ う で あ り,コ
膜 貫 通 領 域 中 のGly64,Leu65を
ず,疎
そ ら くBcmRの
か し,MDR1の
の ア ミ ノ酸 に 置 換 し基 質 特 異 性 を
安 定 発 現 し た 細 胞 の コ ル ヒ チ ン,ビ
ポ シ ド,ド
貫
ま た,His61を
る 嚢 胞 性 線 維 症 を ひ き 起 こ す が,CFTRで
は,Hisを
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そ の基 質 結 合 ポ ケ ッ トの 大 き さ に 影 響 を 与 え
化 合物 に適 応 で
1.MDR1のATP加
MDR1はATP加
水分解 反応
水 分 解 の エ ネ ル ギ ー を用 い,基 質 を
濃 度 勾 配 に 逆 ら っ て細 胞 外 へ 排 出 す る.MDR1のATP
加 水 分 解 反応 の 性 質 か ら,そ の 反 応 機 構 は 図4の
ようだ
と予 想 され て い る19).ま ず,輸 送 基 質 の 結 合 に よ っ て ひ
き起 こ され た 構 造 変 化 がATP加
水 分 解 を誘 導 す る.次
に 切 り離 され た γ リ ン酸 がADPよ
位 か ら遊 離 す る.ATP加
り先 にATP結
合部
水 分 解 に よ っ て ひ き起 こ され
た 構 造 変 化 に よ っ て,輸 送 基 質 は 高 親 和 性 結 合 部 位 か ら
細 胞 外 を向 い た低 親 和 性 結 合 部 位 へ 移 さ れ細 胞 外 へ 放 出
さ れ る.そ
してADPが
MDR1のATP加
遊 離 す る.
水 分 解 反 応 は オ ル ソ バ ナ ジ ン酸 に よ
っ て 阻 害 さ れ る.Ca2+-ATPaseやNa+,K+-ATPaseの
ATP加
水 分 解 反 応 も オ ル ソバ ナ ジ ン酸 に よ ら て 阻 害 さ
れ る が,そ
MDR1の
の 場 合 はEP複
合 体 の 形 成 が 阻 害 さ れ る.
場 合 は そ れ と は 異 な り,ATP加
水 分解 後遊 離
し た γ リ ン 酸 の 代 わ り に オ ル ソ バ ナ ジ ン 酸(Vi)がATP
結 合 部 位 に 入 り,MDR1-ADP-Viと
を 形 成 し,そ
わ り に32P標
図3MDR1とCFTRの
第1膜
貫 通 領 域(TM1)の
アミ
ノ 酸 配 列 と 予 想 さ れ る αヘ リ ック ス 構 造
MDR1の
基 質 認 識 およ びCFTRの
チ ャネル ポ ア 形成 へ の 関与 が
予 想さ れ て い る アミ ノ酸 を 青色 お よ び下 線で 示 した,
•¬32P-ATP
い う安 定 な 複合 体
こ で 反 応 が 中 止 す る の で あ る.ATPの
代
識 さ れ た 光 親 和 ア ナ ロ グ で あ る8-azido
を 用 い る と,MDR1-ADP-Vi複
合 体 を特 異
的 に標 識 で き る.し か も,輸 送 基 質 に よ っ て 誘 導 さ れ た
最 初 のATP加
水 分 解 に よ っ て 阻 害 中 間体 が 形 成 さ れ る
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
591
チ オ ン(酸 化 型,還
元 型 い ずれ
で も)に よ っ て 相 乗 的 に 促 進 さ
れ た21).こ の 結 果 は,エ
トポ シ
ド と グル タチ オ ンは そ れ ぞ れ独
立 にMRP1と
され る が,そ
相 互 作 用 し輸 送
れ らが 同時 に結 合
す る と 協 調 的 にMRP1のATP
加 水 分 解 を促 進 し,輸 送 され る
こ と を示 唆 して い る.
次 に筆 者 ら は,ト
リ プ シ ンに
よ る 部 分 分 解 で2つ
のATP結
合 領 域 の どち らが 働 い て い るか
を検 討 した.そ の 結 果,光
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図4MDR1のATP加
ATP加
親和
標 識 さ れ る の は ほ と ん どが
水分解 反応 機構
水 分解 後 遊 離 した γ リン酸(Pl)の 代 わ り に オ ル ソバ ナ ジ ン酸(Vi)がATP結
NBF2で
合 部位 に 入
り,安 定 な 阻害 中 間体 が 形 成 され る.
あ る こ とが 明 らか に な
っ た.MRP1は
基質が結合 する
と,ま ずNBF2でATP加
水分
と 期 待 で き る.オ
ル ソ バ ナ ジ ン 酸 と8-azido-α32P-ATP
解 が 起 こ り,そ れ に よ っ て ひ き起 こ さ れ た構 造 変 化 に よ
存 在 下,MDR1を
輸 送 基 質 で あ る ベ ラ バ ミル と反 応 後
っ て,基 質 は 高 親和 性 結 合 部 位 か ら細 胞 外 を向 い た低 親
UV照
射 し,ト
つ のATP結
リ プ シ ン で 部 分 分 解 す る と,MDR1の2
合 領 域 は 両 方 標 識 さ れ,標
で あ る20)(間 庭 ・植 田:未
がMDR1に
発 表).こ
識量 は ほぼ等価
の 結 果 は,輸
結 合 し て 起 こ る 最 初 のATP加
は,2つ
のATP結
和 性 結 合 部 位 へ 移 され 細 胞 外 へ 放 出 され る.次
送 基 質
でATP加
水 分 解 が 起 こ る こ と に よ っ て 元 の 形 に戻 る と
い うモ デ ル を考 え て い る(図5).
水 分解 反応
合 領 域 で ラ ン ダ ム に 起 こ る こ と を示
3.ABCRのATP加
水 分 解反 応
最 近ABCR(ABCA4)のATP加
唆 し て い る.
2.MRP1のATP加
MDR1が
にNBF1
水 分 解活 性 が 測 定 さ
水分解 反応
さ ま ざ ま な 構 造 の 脂 溶 性 化 合 物 を膜 中 で 結
合 し細 胞 外 へ 排 出 す る の に 対 し,MRP1は
細 胞 内 で グル
タチ オ ンや グ ル ク ロ ン酸 と抱 合 体 化 さ れ た脂 溶 性 化 合 物
を,ATP加
水分 解の エネ ルギー を用 い て細 胞 外 へ排 出
す る(詳 し く は 本 特 集 の 杉 山 ら の 稿 を 参 照).上
に,MDR1蛋
白 質 の2つ
bindingfold:NBF)は
のATP結
記 の よ う
合 領 域(nucleotide
両 方 と もATP加
水 分解 活性 を も
ち 等 価 で あ る よ う に 見 え る の に 対 し,MRP1の2つ
NBFは
機 能 的 に 等 価 で な い こ と を,筆
の
者 ら は最 近 明 ら
か に し た21).
ま ず 筆 者 ら は,MRP1もMDR1と
中 間 体MRP1-ADP-Viを
を 用 い る と,特
し た22).MRP1の
同様 に安 定 な阻害
形 成 し,8-azido-α32P-ATP
異 的 に光 親 和 標 識 で きる こ と を 明 らか に
光 親 和 標 識 反 応 は,MRP1に
よって細
胞 が 耐 性 を 獲 得 す る 抗 が ん 剤 で あ る エ トポ シ ド と グ ル タ
592
蛋 白質
核 酸 酵 素Vol.46No.5(2001)
図5MRPの
NBF2で
基質輸 送 モ デル
のATP加
水分 解 に よ っ て,脂 溶 性基 質 と細 胞 内 グル タ
チ オ ンを い っ し ょに 細胞 外 へ 運 び,NBF1で
よ って 元 との 状 態 に戻 る,
のATP加
水分解 に
図6ABC蛋
白質の輸 送 メ力ニ ズム
(a)2ピ
ス トン水 汲 み ポ ン プ モ デ ル,(b)2ピ
ス トン エ ン ジ ン モ
デ ル,
れ,2つ
のNBFが
等 価 で な い こ とが 示 さ れ た23).ABCR
は眼 の 光 受 容 体 細 胞 で特 異 的 に発 現 し て お り,ロ
ドプ シ
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ンが 光 を 受 容 し異 性 化 した レチ ナ ー ル を細 胞外 へ 排 出す
る過 程 に 関 与 して い る ら し い.ABCRの
合 領 域 の2量
体構 造の模 式図
片 方 の サ プユ ニ ッ トのWalkerA配
ユ ニ ッ トのABC特
異配 列(Cモ
列 ともう一方のサプ
チ ー フ)に 挟 まれ て存 在 す る,
異常 に よっ て
常 染 色 体 劣性 の 遺 伝 病 で あ るStargardt病,早
部 変 性 症,網
図7Rad50のATP結
ATPは
発性 黄斑
膜 色 素 変 性 症 な どが 発 症 す る.ま た,65
げ る た め に 働 き,反 対 側 は 棒 を押 し下 げ る た め に働 くの
歳 以 上 の 失 明 の 主 要 な 原 因 で あ る老 人性 黄 斑 部 変 性 症 と
で あ る.つ ま り,片 方 のNBFで
の 関 連 も示 唆 され て い る24).
変 化 に よっ て 基 質 を細 胞 内 か ら細 胞 外 へ 移 動 させ る ため
まず,ABCRのATP加
ー ル に よ っ て3∼4倍
に使 わ れ,反
に2つ のATP結
体 のATP加
水 分 解 活 性 が 全trans-レ チ ナ
促 進 され る こ と が 示 さ れ た25).次
合 領 域 に ア ミ ノ酸 置 換 を導 入 した 変 異
水 分 解 活 性 が 検 討 さ れ た23).NBF1の
ノ 酸 変 異 は 基 礎 活 性 を失 活 さ せ る か,あ
せ,し
アミ
るい は減 少 さ
か も全trans-レ チ ナ ー ル で 促 進 さ れ な か っ た.一
方,NBF2の
ア ミ ノ酸 変 異 は 基 礎 活 性 に は 影 響 し な い
が,全trans-レ
チ ナ ー ル を加 え る とATP加
水 分解 活性
は 濃 度 依 存 的 に抑 制 さ れ た.
以 上 の 結 果 か ら,Sunら
な い と きで も常 にATPを
基質の
一 定 の 速 度 で 加 水 分 解 して お
つ のNBFの
2つ の ピ ス トン を もつ バ イ クの エ ン ジ ン に た と え られ る
か も しれ な い(図6b).2つ
の ピ ス ト ンは 機 能 的 に 等 価
で あ り,滑 らか に 回 る よ うに 燃 焼 の タ イ ミ ングが ち ょ う
ど交 互 に起 こ る よ う に プ ロ グ ラ ム され て い る.バ ク テ リ
ア の マ ル チ コ ンポ ー ネ ン ト型 のABC蛋
合 サ ブ ユ ニ ッ トが2つ
白 質 で は,同
水 分 解 に よ る構
造 変 化 が どの よ う に基 質 輸 送 と共 役 す る の か,そ の メ カ
2のATP加
ABC蛋
白 質 に よ っ て 異 な る の か 興 味 深 い.
白 質 の3次
元 構 造 の 解 析 が 待 た れ る.
ア ミ ノ酸 変 異 が あ る
と レチ ナ ー ル の 放 出 が う ま くい か ず,サ
止 ま っ て しま うた め,NBF1のATP加
イ ク ルが そ こで
V.ATP結
合 領域 の 構 造
水 分 解が 抑制 さ
れ る と予 想 さ れ る.
最 近,DNA修
復 に 関 与 す るRad50のATP結
の 結 晶 構 造 が 報 告 さ れ た26).Rad50はABC蛋
4.ABC蛋
白質 のATP加
こ の よ う にMRP1とABCRに
合領 域
白 質 と共
水分 解モ デ ル
通 の 特 徴 を も っ たATP結
のATPと
じ
含 ま れ て い る もの が あ
り,こ の モ デ ル が 考 え や す い,ATP加
ニ ズ ム がABC蛋
と い うモ デ ル を提 出 した.NBF2に
関 し て は,2
役 割 が 等 価 で あ る こ とが 示 唆 され て お り,
り,基 質 で あ る 全tans-レ チ ナ ー ル が 結 合 す る と,NBF
水 分解が 誘導 され レチ ナ ール は輸送 され る
の 加 水 分 解 は元 の構 造 に 戻
る た め に 使 わ れ る こ と に な る7).MDR1に
ATP結
はABCRのNBF1は
対 側 のNBFで
の 加 水 分 解 に よ る構 造
関 し て は2つ
の 相 互 作 用 は 異 な っ て お り,水
のNBF
汲み ポ ンプの
てDNAへ
ATP非
合 領 域 を も ち,ATPに
の 結 合 が 制 御 さ れ て い る.ATP結
結 合 型Rad50の
片 方 の サ ブ ユ ニ ッ ト のPル
る か も し れ な い(図6a).片
GKGGVGKT配
列(WalkerA配
蛋 臼質
核酸
合 型 と
結 晶 構 造 解 析 の 結 果,ATPは
棒 の 上 と下 に ピ ス トンを つ け た よ うな モ デ ル が 当 て は ま
方 の ピ ス ト ン は棒 を 引 き 上
よ っ
ー プ と よ ば れ る 領 域 の
列)と も う 一 方 の サ ブ ユ
酵 素Vol.46No.5(2001)
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ニ ッ トのABC特
異 配 列(Cモ
チ ー フ)に 挟 ま れ て 存 在 す
る こ と が 明 ら か に な っ た,2分
子 のATPが2つ
のサ ブ
と の 接 点 で あ る.つ
ま り,ABC蛋
白 質 は外 界 か ら の 異
ユ ニ ッ トにそ れ ぞ れ サ ン ドイ ッチ され て い る こ とに な る
物 の侵 入 を 防 ぐた め に 最 前 線 で 働 い て い る の で あ る.そ
(図7).
れ ゆ え,筆 者 はABC蛋
ABC蛋
白 質 のATP結
合 領 域 に 関 し て は,大
ヒ ス チ ジ ン パ ー ミ ア ー ゼ のATP結
造 が 最 初 に 報 告 さ れ た27)が,そ
位 は 互 い に2量
A配
腸 菌 の
れ に よ る とATP結
列の前後
き る こ と が 報 告 さ れ て お り28),MDR1の
構 造 は2つ
合 部 位 が 近 接 し て い る と い うRad50の
た,HisPに
の
関 し て も,報
MalKの3次
果 た して い ます.さ
ワ ー ク を作 りた い と思 い ま す.ABC蛋
を さ れ て い る 方 は,E-mailで
1)
合 サ ブユ ニ ッ ト
ら は 遠 く離 れ て お り,ATPと
2)
3)
直接
相 互 作 用 す る の で は な く,膜 貫 通 サ ブ ユ ニ ッ トMalFG
4)
との相 互 作 用 に 関 与 して い る こ とが 示 唆 さ れ た.真 核 生
白 質 に お い て,ATP加
な メ カ ニ ズ ム で 行 な わ れ,そ
い る の だ ろ うか.膜
構 造 の決 定,お
水 分解 が どの よ う
れ が 機 能 と どう結 び つ い て
貫 通 ドメ イ ン を含 め た全 体 の3次 元
5)
6)
よ び そ の 動 的 解 析 が 待 た れ る.
7)植
ABCG5とABCG8が
シ トス テ ロ ー ル な ど の 植 物 ス テ
8)
れ また
属,研
究 テーマな
田 和 光:生 体 膜 の エ ネ ル ギ ー 装 置(吉 田 賢 右 ・茂 木 立 志
イ オ サ イ エ ンス の 新 世 紀
第7巻,pp.118-129,共
ー フ サ イ ズ のABC蛋
白 質 で あ り,
体 と し て 機 能 し て い る と 考 え ら れ る.正
の5%以
下 し か 小 腸 か ら 吸 収 さ れ な い が,ABCG5と
ABCG8の
ど ち ら か の 遺 伝 子 に 異 常 が あ る と,15∼60%
の 植 物 ス テ ロ ー ル が 吸 収 さ れ る と 同 時 に,コ
レス テ ロー
ル の 吸 収 も増 大 し 高 コ レ ス テ ロ ー ル 血 症 と な る.ABCG
5とABCG8は,ABCA132)と
同 様 に,小
本 稿 で 紹 介 し た よ う に,MDR1は
酵 素Vol.46No.5(2001)
11)
12)植
腸 は さまざまな
Y., Okamura, N., Hirai, M., Yasuhara,
K., Kioka,
N., Komano,
M.,
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Saeki, T., Ueda, K., Tanigawara, Y., Hori, R., Komano, T.
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田 和 光:蛋
白質
核酸
酵 素,42,1263-1272(1997)
13)
Ueda, K., Taguchi, Y., Morishima, M. : in Seminars in Can
14)
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15)
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Vazquez-Laslop, N., Markham, P., Neyfakh, A.: Biochem
さ まざ まな脂 溶性
物 質 の 小 腸 か ら の 吸 収 を 防 い で い る.小
蛋白質 核酸
10)
腸 か らの コ レ
ス テ ロ ー ル の 吸 収 も 防 い で い る ら し い.
Tanigawara,
Ueda,
常人
日 摂 取 す る 植 物 ス テ ロ ー ル(平 均200∼300mg)
Y., Saeki, T.,
T., Hori, R. : J. Biol. Chem., 267., 24248-
24252(1992)
9)
5とABCG8は,ハ
Ueda, K., Okamura, N., Hirai, M., Tanigawara,
Kioka, N., Komano,
本 稿 の 締 め 切 り 間 際 に な っ て 明 ら か に な っ た31).ABCG
594
お 名 前,所
立 出 版(2000)
ロ ー ル の 小 腸 か ら の 吸 収 を 防 い で い る こ と が,こ
で は,毎
白質 に関 連 した 研 究
Chen, C., Chin, J.E., Ueda, K., Clark, D.P., Pastan, I., Gottes
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編),バ
お わ りに
ヘ テ ロ2量
白質 の ネ ッ ト
よ うな
元 構 造 が 報 告 さ れ た30),そ の 報 告 で は,モ
物 のABC蛋
白質 を研 究 され
ど を植 田 ま で お 知 らせ くだ さい.
稿 の 締 め 切 り間 際 に な っ て,古 細 菌 の マ
チ ー フCはATPか
ま ざ ま な 分 野 でABC蛋
告 さ
構 造 を と り う る こ と も 予 想 さ れ て い る29).
ル トー ス トラ ン ス ポ ー タ ー のATP結
白 質 は 微 生 物 か ら ヒ トま で さ ま ざ ま な 生 理 機 能 を
構 造 の ほ
れ た 構 造 の 配 置 を 変 え る こ と に よ っ て,Rad50の
と こ ろが,本
ABC蛋
て い る 研 究 者 が 情 報 交 換 で き る よ う にABC蛋
に 導 入 した シ ス テ イ ン を 架 橋 剤 に よ っ て ク ロ ス リ ン ク で
う に 近 い と 思 わ れ る.ま
と よ び た い と思 っ て い る.
合 部
か し,MDR1のNBF2のWalker
列 内 の シ ス テ イ ン とNBF1のWalkerA配
ATP結
白質 の こ とを"生 体 防御 のABC"
合 サ ブ ユ ニ ッ トの 構
体 化 し た サ ブ ユ ニ ッ トの 反 対 側 を 向 い て
い る と さ れ て い た.し
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物 質 を外 界 か ら吸 収 す る器 官 で あ り,動 物 に と っ て 外 界
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植 田和 光
略歴:1978年
京 都 大 学 農 学 部 農 芸 化 学 科 卒 業,1999年
R., Nathans,
J.: J. Biol.
Chem., 274, 8269-
年 米 国 国 立 癌 研 究 所 へ 留 学 中 に ヒ トMDR1遺
研 究 テ ー マ:ABC蛋
伝 子 を 単 離.
白 質 の 分 子 メ 力 ニ ズ ム の 解 明.抱
白質は 驚 くほ ど広 範 な生 理機 能 をも つ よ うだ
が,そ れ ら を統 一 的 に解 釈 で き る 鍵 が あ る と 思 う,構 造 生 物
学 ・生 化 学 ・細 胞 生 物 学 ・生 理 学 な ど 多 面 的 にABC蛋
K., Karcher,
A., Shin, D.S., Craig, L., Arthur,
L.M.,
より
京 都 大 学 大 学 院 農 学 研 究 科 応 用 生 命 科 学 専 攻 助 教 授.1985
負:ABC蛋
Sun, H., Molday,
8281(1999)
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19, 5951-5961 (2000)
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21)
Jones, P.M., George, A.M.: FEMS Microbiol. Lett., 179,
187-202(1999)
Diederichs, K., Diez, J., Greller, G., Muller, C., Breed, J.,
Schnell,
285-2890995)
20)
Hung, L.-W., Wang, IX, Nikaido, K., Liu, P.Q., Ames, G.F.,
Kim, S.H. : Nature, 396, 703-707 (1998)
Loo, T.W., Clarke, D.M. : J. Biol. Chem.. 275, 19435-19438
白質
を 理 解 した い,
Carney, J.P., Tainer, J.A. : Cell, 101, 789-800 (2000)
training
公募
長岡工業高等専 門学校
物質工学科
教 授 ・助 手 各1名
専 門 分 野:教 授:生 物 工 学 ・工 業 化学 を室 とす るが,発 酵 工
学 も し くは 酵素 工学 の知 識 も有 す る者.助 手:化 学 工 学
応 募 資 格 ・条件:教 授:① 高専 教 育 に理 解 と熱 意 を もち,学
術 研 究 に も強 い意 欲 を もつ 者.専 門 の 生 物 工 学 の み な ら
ず,工 業 化学 に も関心 の深 い 者,② 博 士 の 学 位 を取 得 して
い る者,③ 年 齢55歳 以 上 の 者.助 手:① 高 専 教 育 に 理解
と熱 意 を もち,学 術研 究 に も強 い意 欲 を もつ 者,② 博 士 の
学 位 を取 得 して い る者 また は1年 以 内 に博 士 の学 位 を取得
す る 見 込 みの あ る者,③ 年齢30歳 前 半 ま で の者
採用 予定 日:平 成13年7月1日
応 募 締 切 日:平 成13年4月10日(火)必
着
提 出書 類:① 履歴 書(写 真 貼付),② 研究 業 績 リ ス ト,③ 主要
な 著書,研 究論 文 の別 刷(コ ピー 可)各1部,④
高専 教 育 と
高 専 の 望 ま しい 将 来 像 に つ い て の 意 見 ・抱 負 を1,500∼
2,000字 程 度 に ま とめた 書面,⑤ 推 薦 書
(応募 書類 を 郵送 の 場合 は書 留 と し,封 筒 に 「物 質 工 学 科
教 官 公 募 書類 在 中 」 と朱書 きす る こ と)
書 類 提 出 ・問合 先:〒940-8532新
潟県 長 岡 市 西 片 貝 町888
長 岡 工 業 高等 専 門 学校物 質工 学科 主 任 岩 田 寛
Tel./FAXO258-34-9257
千 里 ラ イ フサ イ エ ン ス技 術 講 習 会 第26回
BIACOREを
用 い た プ ロ テ オ ミク ス 解 析
日 時:平
成13年6月8目(金)13:00∼17:00
場 所:.千
里 ラ イ フ サ イ エ ン ス セ ン タ ー ビ ル9階
内 容:1.プ
ロ テ オ ミ クス の概 念 と最 近 の 展 開
2.BIACOREに
よ る相 互 作 用解 析 の基 礎
3.BIACOREを
用 い た プ ロ テ オ ミク ス研 究 例 の紹 介
4.BIACOREの
実 験 手 法 の解 説
操作実習
BIACORE3000を
定 員:30名
申 込 締 切:平
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参 加 費:3,000円
成13年6月1日(金)必
着
申 込 方 法:氏 名,勤 務 先,所 属,役 職 名,所
FAX番
号 を 明 記 の う え,郵
便,FAXま
在 地,郵 便 ・電 話 ・
た はE-mailで
下
記 宛 に お 申 込 み くだ さ い.事 務 局 よ り受 付 の 通 知 を 返 送 い
た し ま す.記 載 し た 振 込 先 口 座 に 参 加 費 を お 振 込 み く だ さ
い.入 金 を 確 認 後,領 収 書 兼 参 加 証 を お 届 け い た し ます.
申 込 先:〒560-0082大
阪 府 豊 中 市 新 千 里 東 町1-4-2
千 里 ラ イ フ サ イ エ ン ス セ ン タ ー ビ ル8階
(財)・千 里 ラ イ フ サ イ エ ン ス 振 興 財 団 技 術 講 習 会 係
Te1.06-6873-2001FAXO6-6873-2002
E-mail : info-lsf@senri lc.co.jp
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蛋 白質
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