理研、形に揺らぎのある糖鎖の構造を原子レベルで可視化することに成功

理化学研究所(理研)は3月23日、形に揺らぎのある糖鎖を特定のタンパク質「レクチン」と結合させて固定することにより、折れ曲がった状態の糖鎖構造を原子レベルで可視化することに成功したと発表した。

同成果は、理研 グローバル研究クラスタ糖鎖構造生物学研究チーム 山口芳樹チームリーダー、長江雅倫研究員らの研究グループによるもので、3月14日付けの英科学誌「Scientific Reports」に掲載された。

糖鎖は主に細胞の表面に存在している生体分子で、その多くは細胞膜に埋め込まれたタンパク質や脂質に結合し、細胞同士や細胞の外から内への情報伝達、タンパク質の品質管理・機能調節など、生体内における重要な役割を果たしている。また、一般に柔軟な構造をしており、ひとつの糖鎖がいくつもの形をとるという"揺らぎ"があることが知られている。しかし糖鎖の形は非常に速い速度で相互に変換しており、糖鎖の個々の形を実験的に正確に捉えることはこれまで困難だった。

そこで同研究グループは今回、揺らぎのある糖鎖を特定のレクチンと結合させることにより、揺らぎを止めた状態の糖鎖構造の可視化を試みた。糖鎖のモデルとしては、これまで折れ曲がった構造をとると予想されていた「バイセクト型糖鎖」を採用。レクチンは、バイセクト型糖鎖に結合する互いに無関係な2種類、「Calsepaレクチン」と「E4-PHAレクチン」を使用した。

まずバイセクト型糖鎖と各レクチンとの複合体を作製して、X線結晶構造解析を行った結果、どちらのレクチン-糖鎖複合体においても、糖鎖の2本の枝のうちの1本の「1-6アーム」と「1-3アーム」が反対の向きを向いた折れ曲がり構造をしていることがわかった。

また、糖鎖の折れ曲がり構造が水溶液中でも存在することを確認するために、溶液NMR法を適用しその立体構造を調べたところ、水溶液中においてもバイセクト型糖鎖はCalsepaレクチンとの結合時に折れ曲がり構造をとることが確認された。

同研究グループは今回の成果について、糖鎖とタンパク質の相互作用原理や、糖鎖がタンパク質を調節するメカニズムの理解につながることが期待できるとしている。