細胞機能を支えるコートタンパク質複合体II（COPII）の重要性とその最新研究

哺乳類細胞内には何百万ものタンパク質があり、それらは様々な役割を果たします。細胞は、タンパク質がそれらの細胞内役割を果たせるように、適切な場所に効率的に移動されることを確実にする必要があります。これは精密さを要求する複雑なタスクです。以前の研究では、COPIIがこのプロセスの不可欠な部分であることが特定されましたが、このタンパク質セットが細胞内の他のタンパク質をどのように包装して輸送するかについては、正確に記録されたことがありませんでした。

そこで、オードヒャ博士と彼の同僚たちは、細胞内のトラフィックフローを制御する個々のタンパク質に、明るい蛍光染料と化学的に結合できるタグを追加するために、CRISPR/Cas9ゲノム編集ツールを使用しました。これにより、科学者たちは生きている細胞内を動き回るタンパク質を追跡することができました。

格子光シートイメージングという技術を使用して、チームはCOPIIが細胞内タンパク質を、それらが行くべき場所に送り込むのを助ける方法を追跡しました。これは今までになかったことです。

チームは、最近のNature Communicationsに発表された論文で自分たちの進歩を記述しました。オードヒャ博士は、郵便システムにたとえて説明しました。研究者らは、COPIIが荷物を受け取り、配達する郵便配達員のように機能することを知っていましたが、これらの作業員が細胞の配布および配達システムを通じて荷物を整理する様子を追跡したことはありませんでした。

「私たちは今、その封筒が郵便受けにあるのを見ることができ、郵便配達員が郵便受けに来て手紙を受け取り、そして運転して立ち去るのを見ることができます」と、オードヒャ博士は述べています。彼はUW医学・公衆衛生大学院の基礎研究、バイオテクノロジー、および大学院研究の上級副学部長です。

Nature Communicationsの論文はオープンアクセスであり、タイトルは「Nutrient Deprivation Alters the Rate of COPII Subunit Recruitment at ER Subdomains to Tune Secretory Protein Transport（栄養不足はERサブドメインでのCOPIIサブユニットの採用率を変更して、分泌タンパク質輸送を調整する）」です。

研究者らは、この配達プロセスが通常の条件下では平均して45から60秒かかることを発見しました。しかし、特定の病気や環境条件のおかげで、細胞が時々受ける劣悪な栄養を受けると、このプロセスは大幅に遅くなります。少なくとも細胞が時間をかけて適応するまではです。

一連の実験を通じて、オードヒャ博士と彼の同僚たちは、COPIIのトラフィックシステムが中断した後に復旧を助けることができる単一のタンパク質であるSec23を特定することができました。細胞内でSec23の生成量を増やすと、細胞がタンパク質を輸送する速度に変化が見られました。「私たちがこの作業を始めたときには全く予期していなかったことです。Sec23は、COPII複合体の機能を調整する中心的な役割を果たしているようです。」とオードヒャ博士は言います。

Sec23がCOPII機能を促進するトリガーを特定することは、多くの病気に関連する可能性があります。例えば、がん細胞は、成長を促進する特定のタンパク質をより多く生成することによって、しばしば栄養不足の環境で著しく成長します。この特性の下にある分子メカニズムを理解することは、治療法の新たなターゲットを特定することができます。

それを超えて、細胞がタンパク質を正しく準備して配達するプロセスのより正確な画像は、がん、2型糖尿病、神経変性状態、および免疫障害などの病気で何がおかしくなるか、そして適切な細胞機能の基本的な理解を助けることができます。

「これらの基本的なプロセスと細胞内に存在する調整システムを理解することは、最終的に病気介入へのより合理的なアプローチを開発する道を pave the way（舗装する）できる」とオードヒャ博士は言います。

画像：コートタンパク質複合体II（COPII）が哺乳類細胞内で様々なタンパク質のパッケージングを促進する部位（赤色）を3D再構成したものである。緑色の部分は小胞体で、タンパク質の選別と輸送が行われる。(画像提供：アンジョン・オードヒャ博士）。

[News release] [Nature Communications article]