関節リウマチ原因タンパク質PAD4の構造生物学Structural Biology of Peptidylarginine Deiminase 4 (PAD4) Associated with Rheumatoid Arthritis |
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図9 ヒストンペプチドの構造。破線はヒストンペプチド内に形成されているβターン様の相互作用。（a）3つのヒストンペプチド（H3-1,H3-1,H4）の比較、（b）PAD4の分子表面で認識されているヒストンペプチドH3-2の構造。
このように、通常は一定の決まった構造をとっていないヒストンのN末端領域もPAD4に認識されると折れ曲がったβターン様の構造をとるようになる。このことはPAD4の基質特異性を考える上で非常に重要である。PAD4は二次構造を形成している領域のアルギニン残基は認識しないことが生化学的な実験から明らかにされているが［16］、これは一定の決まった構造をとっていない柔軟性に富む領域にあるアルギニン残基のみがPAD4によって認識されるためである。PAD4のターゲットとなるアルギニン残基が一定の二次構造を形成している領域にあると、折れ曲がったβターン様の構造が誘起できないのでPAD4には認識されない。すなわち、PAD4によるヒストン認識では、アミノ酸残基の配列特異性はきわめて低いが、構造（コンフォメーション）の特異性は非常に高いといえる。ヒストンのN末端領域にあるアルギニン残基が前後のアミノ酸配列にあまり関係なく優先的に認識されてPAD4の格好のターゲットとなるのは、まさにPAD4のこのようなヒストン（基質）認識の特異性に起因しているといえる。
9．まとめ 今回、私たちはCa2+非結合型PAD4、Ca2+結合型PAD4、Ca2+結合型PAD4−基質複合体の構造を決定し、3者の構造比較から「C末端ドメインに結合するCa2+によって酵素の活性部位が誘起され、そこに基質分子が結合する」という新規の酵素活性化機能を明らかにしてきた。このようなCa2+による酵素活性化機構はこれまでに構造が決定されているCa2+依存性の酵素ではまったく認められていないので、まったく新しい酵素活性化機構としてたいへん興味がもたれる。また、ヒストンペプチドとの複合体の構造解析からは、「通常は一定の決まった構造をとっていないヒストンのN末端領域もPAD4に認識されると折れ曲がったβターン様の構造をとるようになる」ことや、「PAD4によるヒストン認識では、配列特異性は低いが、構造の特異性は高い」ことなど、新規のヒストン認識に関する構造科学的な知見が数多く得られた。これらの研究成果は今後の真核生物の転写研究に大いに役立つものと思われ、今後の展開が楽しみである。さらに、今回得られた基質認識に関する構造学的知見は、関節リウマチの新規薬剤の開発に必要なPAD4の阻害剤候補物質の設計にも有効で、PAD4−阻害剤複合体のX線結晶構造解析を通じて、より特異性に優れ阻害活性の高い化合物の創製が期待される。
ここで紹介した研究は、文部科学省「タンパク3000プロジェクト」（中核機関：横浜市立大学）の助成のもと、横浜市立大学の山田道之教授（現、名誉教授）及び日高雄二博士（近畿大学理工学部）と共同で行ったものである。
なお、本研究は放射光Ｘ線の利用なしでは決して成功しませんでした。SPring-8でのデータ収集にご協力いただいた山本雅貴博士、熊坂 崇博士（現、東工大）、三浦圭子博士、また、PF-ARでのデータ収集にご協力いただいた若槻壮市教授、加藤龍一助教授、松垣直宏博士、五十嵐教之博士、鈴木 守博士（現、大阪大学蛋白質研究所）に、この場をお借りして深く感謝いたします。
参考文献［1］G.A.Schellekens,B.A.W.de Jong,F.H.J. van den Hoogen,L.B.A.van de Putte and W.J.van Venrooij : J. Clin.Invest.101(1998)273-281.［2］A.Suzuki,et al.: Nat.Genet.34(2003)395-402.［3］M.A.van Boekel,E.R.Vossenaar,F.H.van den Hoogen and W.J.van Venrooij : Arthritis Res.4(2002)87-93.［4］J.A.Hill, S.Southwood,A.Sette,A.M.Jevnikar,D.A.Bell and E.Cairns : J. Immunol.171(2003)538-541.［5］U.M.Bauer,S.Daujat,S.J. Nielsen,K.Nightingale and T.Kouzarides : EMBO Rep.3(2002)39-44.［6］H.Wang,Z.Q.Huang,L.Xia,Q.Feng, H.Erdjument-Bromage,B.D.Strahl,S.D.Briggs,C.D.Allis,J.Wong, P.Tempst and Y.Zhang : Science 293(2001)853-857.［7］G.L.Cuthbert,et al.: Cell 118(2004)545-553.［8］Y.Wang,et al.:Science 306(2004)279-283.［9］K.Arita,H.Hashimoto,T.Shimizu,K.Nakashima,M.Yamada and M.Sato : Nat.Struct.Mol.Biol.11(2004)777-783.［10］K.Arita,T.Shimizu,H.Hashimoto,Y.Hidaka,M.Yamada and M.Sato : Proc.Natl.Acad.Sci.USA 103(2006)5291-5296.［11］K.Arita,H.Hashimoto,T.Shimizu,M.Yamada and M.Sato : Acta Crystallogr.D59(2003)2332-2333.［12］K.Das,et al.: Structure 12(2004)657-667.［13］A.Humm,E.Fritsche,S.Steinbacher and R.Huber : EMBO J. 16(1997)3373-3385.［14］A.Khorchid and M.Ikura : Nat. Struct.Biol.9(2002)239-241.［15］B.Ahvazi,H.C.Kim,S.H.Kee,Z.Nemes and P.M.Steinert : EMBO J.21(2002)2055-2067.［16］E.Tarcsa,L.N.Marekov,G.Mei,G.Melino,S.E.Lee and P.M.Steinert : J.Biol.Chem.271(1996)30709-30716.
有田 恭平 ARITA Kyouhei横浜市立大学大学院 国際総合科学研究科 生体超分子科学専攻現在、学術振興会特別研究員（京都大学大学院工学研究科分子工学専攻）〒230-0045 横浜市鶴見区末広町1-7-29TEL：045-508-7227 FAX：045-508-7365e-mail : [email protected] 清水 敏之 SHIMIZU Toshiyuki横浜市立大学大学院 国際総合科学研究科 生体超分子科学専攻〒230-0045 横浜市鶴見区末広町1-7-29TEL：045-508-7226 FAX：045-508-7365e-mail : [email protected] 橋本 博 HASHIMOTO Hiroshi横浜市立大学大学院 国際総合科学研究科 生体超分子科学専攻〒230-0045 横浜市鶴見区末広町1-7-29TEL：045-508-7227 FAX：045-508-7365e-mail : [email protected] 佐藤 衛 SATO Mamoru横浜市立大学大学院 国際総合科学研究科 生体超分子科学専攻〒230-0045 横浜市鶴見区末広町1-7-29TEL：045-508-7225 FAX：045-508-7365e-mail : [email protected]
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