タンパク質がどのように細胞内で振る舞うかを詳細に示すアトラスが作成されました。このアトラスが病気の原因解明にどのように役立つのでしょうか？
ケンブリッジ大学の科学者らは、細胞内のタンパク質の振る舞いを記述するアトラスを開発しました。このツールは、認知症や多くのがんなど、タンパク質の異常が関連する病気の原因を探るために使用できる可能性があります。このアトラスは2024年7月10日にNature Communications誌で発表されました。研究者たちはこのアトラスを使用して、細胞内の重要な機能を担う新たなタンパク質を発見しました。彼らの研究は、タンパク質が集まって自己組織化する細胞の微小な部分である「コンデンサート（凝集体）」に焦点を当てています。これらの凝集体は、病気のプロセスが始まる主要な場所でもあります。
論文には予測データが含まれており、世界中の研究者が興味のあるタンパク質ターゲットと周囲の凝集体システムを探求することができます。オープンアクセスの記事のタイトルは「Protein Condensate Atlas from Predictive Models of Heteromolecular Condensate Composition（異種分子凝集体の構成要素の予測モデルから得られたタンパク質凝集体アトラス）」です。
「このモデルを使用することで、生物の膜のない区画内で新しい構成要素を発見し、それらの機能の背後にある新しい原理を発見することができました」と、この研究を主導したトゥオマス・ノウルズ博士（Tuomas Knowles, PhD）は述べています。
タンパク質の凝集体
細胞は慎重に組織化された分子で構成されており、その組織化の一つの方法として、凝集体内で集まることがあります。この凝集体は細胞内の微視的なハブであり、生命活動に不可欠な細胞機械の一部です。
「これまで、どのタンパク質がどの凝集体に集まるかの包括的な地図はありませんでしたが、私たちの研究では最初のアトラスを提供しています」とノウルズ博士は述べています。
AIの利用
細胞内のタンパク質を導くルールは完全には理解されていないため、研究チームはどのタンパク質がどの凝集体に集まるかを予測するためにアトラスを構築しました。
「この研究の動機は、タンパク質凝集体の完全な複雑さを理解し、これまでの研究よりも深い層に踏み込むことでした」と、この研究の第一著者であり、ミスフォルディング疾患センターのポスドク研究員であるカディ・リース・サール博士（Kadi Liis Saar, PhD）は述べています。
研究者たちはStringDBやBioGRIDなどの細胞に関する多くの側面を含む大規模なデータベースを利用し、個々の凝集体に関する詳細なケーススタディも行いました。
AIの力を借りて、科学者たちは複雑で広範な情報を統合することができました。以前の研究が一握りのタンパク質に焦点を当てていたのに対し、このアトラスは細胞の全体像を特徴づけることができます。
「このアトラスを使用することで、細胞内のすべてのタンパク質について予測を立て、正確にどこに存在するか、どのような他のタンパク質と相互作用するかを明らかにできます」とサール博士はコメントしています。「私たちは、これが研究者に新しい機会を提供し、異常な凝集体形成に関連する病気への介入の新しい可能性を開くことを期待しています。」
タンパク質の発見
AIはこれまで観察されたことのないモデル細胞内のタンパク質を発見しました。これらのタンパク質が実験室で発見されれば、AIの精度が確認されます。
「私たちの研究では、これまで見られなかった凝集体内のタンパク質を発見しました。これらのタンパク質は、脂肪の分配、細胞内のアクチンの生成、新しいタンパク質の生成など、体内の重要な機能に関与しています。これらのタンパク質は、私たちが訓練セットとして使用した以前の研究では検出されていませんでした。
「これらのデータが、凝集体の生物学的役割や凝集体形成の背後にある生物物理的な要因について新しい発見をもたらすことを期待しています。」
この研究は、タンパク質凝集体の新たな地図を作成し、細胞内でのタンパク質の振る舞いを予測するためのAIモデルを構築しました。これにより、病気の原因解明や新たな治療法の開発に貢献する可能性があります。このアトラスは、研究者がタンパク質のターゲットを探求するための新しいツールとなり、今後の研究の発展に寄与するでしょう。
画像：液体タンパク質凝縮物（赤）は、凝縮物表面に吸着するピッカリング剤（緑）によって安定化される。(提供：Andrew Folkman）
