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研究成果

公開日:2019.10.21

免疫細胞が異物を取り込む装置形成の仕組みを初めて解明
タンパク質が平面状に集まりカップを形成
~免疫反応の抑制など医療応用に期待~

研究成果 医歯薬学

 奈良先端科学技術大学院大学(学長:横矢直和)先端科学技術研究科 バイオサイエンス領域の末次志郎教授の研究グループは、九州大学(学長:久保千春)生体防御医学研究所の嶋田睦准教授らと共同で、マクロファージなどの免疫細胞が異物を取り込み消化する際にできるカップ型の構造体である「ファゴサイトーシス(食作用)カップ」の形成機構の一端を明らかにしました。
 末次教授らは、タンパク質分子の構造の中で「BARドメイン」と呼ばれる、生体膜の形態形成を担う機能を持った部分であるタンパク質モジュールの研究を行ってきました。BARドメインは、タンパク質が生体膜上で集まり、ブロックを積み重ねるように形を作ることで、生体膜の形態を整えるタンパク質ドメインです。
今回は、「GAS7」というタンパク質に含まれるBARドメインの解析を行いました。その結果、研究グループは、このタンパク質の立体構造を決定しました。さらに、GAS7がどのようにブロックのように集まりファゴサイトーシスカップにおいて機能するかについて調べたところ、細胞の比較的大きな部分を占めるファゴサイトーシスカップの形成に適した平面状の集合をすることを見出しました。
 また、研究グループは、この集合が、試験管内で再構成でき、同様の集合が実際のファゴサイトーシスカップにおいて見られることを、超解像イメージングをはじめ、数理モデル解析や生化学・細胞生物学的解析により詳細に明らかにしました。
 本研究成果は、ファゴサイトーシスカップの形成機構としてこれまでに知られていなかった機構を明らかにし、免疫応答機構のみならず、生命の根源的な理解を深めます。同時に詳細な分子機構は、将来の免疫細胞などの機能操作に道を開きます。
 この研究成果は、英国時間(夏時間)の2019年10月18日(金)午前10時【プレス解禁日時:日本時間2019年10月18日午後6時】付でSpringer Natureの学術誌「Nature Communications」オンライン版に掲載されました。

図1:ファゴサイトーシス
 ファゴサイトーシスは、病原体などの異物をファゴサイトーシスカップ形成を通じて取り込み、細胞内で分解する過程です。

図2:GAS7は、ファゴサイトーシスカップにおいて、試験管内と同じ様式で集合する。
 これまで知られていたBARドメインやF-BARドメインは、らせん状に集合し比較的小さな膜直径100nm程度の構造を作る例が多く知られていました。GAS7のF-BARドメインは、直径が10μmに及ぶような比較的平らな生体膜に結合します。これまでに、平らな生体膜におけるF-BARドメインやBARドメインの集合は明らかではありませんでした。試験管内では、GAS7のF-BARドメインは、平面状のシート構造を形成していることがわかりました。同様の構造をファゴサイトーシスカップでも形成していることが、超解像解析により示されました。

論文情報

Phagocytosis is mediated by two-dimensional assemblies of the F-BAR protein GAS7 ,Nature Communications,
10.1038/s41467-019-12738-w

研究に関するお問い合わせ先

嶋田 睦 生体防御医学研究所 准教授
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