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クレジット: Christoph Burgstedt/Getty Images

オックスフォード大学の科学者たちは、長いタンパク質鎖の奥深くにある個々のタンパク質の 3 つの異なる翻訳後修飾 (PTM) を識別できるナノポア技術を開発しました。 科学者らは、自分たちの技術が「細胞や組織内のプロテオフォームの目録を作成するための基礎を築く」と主張した。

この技術は、Nature Nanotechnology の「長いポリペプチド内の翻訳後修飾の酵素を使用しないナノポア検出」というタイトルの論文で紹介されました。 この論文は、単一分子プロテオフォームの同定には長いポリペプチド鎖の構造に関する知識が必要であるが、その知識はとらえどころのないものであると指摘している。 固体ナノ細孔または大きなサイズのタンパク質ナノ細孔を通して折りたたまれたタンパク質を移動させる方法はあるが、これらの方法ではポリペプチド配列内で PTM を位置決めすることはまだできていない。 PTM を検出した方法は、短いペプチド内でのみ検出できました。

オックスフォード大学の科学者たちは論文の中で、自分たちのアプローチについて次のように説明しています。 標識されていないチオレドキシン ポリタンパク質はナノポアを通って輸送され、C 末端または N 末端から単位ごとに指向性同時転座アンフォールディングが起こります。 非変性濃度のカオトロピック試薬は分析を加速します。」

科学者たちは、ナノポア DNA/RNA 配列決定技術について詳しく説明しました。 具体的には、科学者らは水の方向性の流れを利用して、3Dタンパク質を捕捉して直鎖に展開し、単一のアミノ酸が通過できる程度の幅の細孔にタンパク質を送り込んだ。 構造の変化は、ナノポアに印加される電流の変化を測定することによって特定されました。 異なる分子は電流に異なる破壊を引き起こし、それらに独自の特徴を与えます。

研究チームは、3 つの異なる PTM 修飾 (リン酸化、グルタチオニル化、グリコシル化) の検出におけるこのメソッドの有効性を実証することに成功しました。 これらには、タンパク質配列の奥深くにある修飾が含まれていました。 重要なのは、この方法では標識、酵素、または追加の試薬を使用する必要がないことです。

研究チームによると、この新しいタンパク質特性評価方法は既存のポータブルナノポアシークエンシングデバイスに容易に統合でき、研究者が単一細胞および組織のタンパク質インベントリを迅速に構築できるようになるという。 これにより、ポイントオブケア診断が容易になり、がんや神経変性疾患などの疾患に関連する特定のタンパク質変異体の個別化された検出が可能になる可能性があります。

「このシンプルかつ強力な方法は、多くの可能性をもたらします」とオックスフォード大学の有機化学准教授であり、今回の研究の責任著者でもあるYujia Qing博士は述べた。 「まず、特定の疾患に関与するタンパク質など、個々のタンパク質を検査できるようになります。 長期的には、この方法は細胞内のタンパク質変異体の広範なインベントリを作成し、細胞プロセスと疾患メカニズムについてのより深い洞察を解き放つ可能性を秘めています。」

今回の研究のもう一人の責任著者は、オックスフォード大学のケミカル生物学教授であり、オックスフォード・ナノポア・テクノロジーズの共同創設者であるヘイガン・ベイリー博士である。 同氏は、翻訳後修飾やその他のタンパク質の変異を単一分子レベルで正確に特定し同定できる能力は、「細胞機能と分子相互作用の理解を進める上で非常に有望である」と指摘した。 同氏は、「個別化医療、診断、治療介入に新たな道を開く可能性がある」とも付け加えた。

この研究の著者らは、細胞タンパク質とその何百万もの変異体を単一分子レベルで分析する技術により、これまで生物学に知られていなかった重要な情報が明らかになると強調した。