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【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　稲叶谦次

【発表のポイント】

• ゴルジ体^（注1）に亜铅を取り込むヒト由来亜铅トランスポーター^（注2）窜苍罢7の立体构造をクライオ电子顕微镜単粒子解析^（注3）により、最高2.2 ?分解能という個々のアミノ酸がはっきりみえる分解能において、世界で初めて決定しました。
• ゴルジ体に亜铅を放出する外向き型构造および细胞质から亜铅を取り込む内向き型构造、さらには异なる复数の亜铅结合状态の立体构造を决定し、亜铅输送の一连のスナップショットを捉えることに成功しました。
• 窜苍罢7が膜贯通ヘリックス^（注4）中の亜铅结合部位に亜铅を受け渡す分子机构を解明しました。

【概要】

亜鉛は全ての生物において必須の微量金属イオンであり、分子レベルではタンパク質の立体構造形成や酵素の触媒機能、細胞や個体のレベルでは、遺伝子発現の制御、正常な成長、生殖機能、健康維持において重要な役割を担っています。东北大学多元物質科学研究所のHan Ba Bui学術研究員、渡部聡助教、稲葉謙次教授らの研究グループは、これまで、ゴルジ体に局在して亜鉛を運ぶ分子である亜鉛トランスポーターZnT7やZnT5/6, ZnT4が、ゴルジ体における亜鉛濃度を厳密に制御していることを明らかとしてきました。しかし、これら亜鉛トランスポーターの立体構造は未決定であり、亜鉛輸送の詳細なメカニズムは未解明でした。

今回、同研究グループは、クライオ电子顕微镜単粒子解析を用いて、亜铅トランスポーター窜苍罢7の立体构造を2.2?分解能という高分解能で构造决定することに世界で初めて成功しました。

さらに、亜铅を放出する直前および直后の立体构造を捉えることにも成功し、亜铅输送の一连のステップのほぼ全ての可视化に成功しました。亜铅トランスポーターファミリーの一般的な分子机构の解明につながることが期待されるばかりか、细胞内の亜铅恒常性维持机构に関する理解が格段に进みました。

本研究成果は、2023年8月8日に科学雑誌Nature Communicationsに掲載されました。

なお、本研究成果は东北大学大学院情报科学研究科の木下贤吾教授、医学系研究科の加藤幸成教授、京都大学大学院医学研究科の野村纪通准教授、岩田想教授、および东京大学大学院医学系研究科の吉川雅英教授らとの共同研究により得られたものです。

【用语解説】

注1．ゴルジ体
細胞内小器官の一つであり、シス、中間、トランスの層板構造を持つ。小胞体からゴルジ体に輸送されてきた分泌タンパク質は、糖鎖修飾や部位特異的切断、金属イオンの配位などを受ける。最近の研究から、ゴルジ体では遊離亜鉛濃度が20~100 nMと他の細胞内小器官に比べて高い濃度で保たれていることが判明した。

注2．亜铅トランスポーター
生体膜を隔てて亜铅イオンの输送を行う膜内在性のタンパク质。细胞外やオルガネラ内腔から细胞质方向へ亜铅イオンを输送する窜滨笔ファミリー、その反対方向へ输送する窜苍罢ファミリーの2种类が知られる。

注3．クライオ电子顕微镜単粒子解析
タンパク质の立体构造を高分解能で决定するための手法の一つ。电子线照射による分子の振动や损伤を抑えるために、観测対象のタンパク质を氷薄膜中に包埋し、マイナス180度の低温に保ったまま电子顕微镜像を観测する。个々の分子像は、様々な向きで氷薄膜に包埋された分子の投影像であり、数十万から数百万分子の投影像を分类?平均化し、それらを统合して高分解能の叁次元构造を构筑することができる。

注4.　膜贯通ヘリックス
生体膜中に存在する多くの膜タンパク质は、膜贯通领域にαヘリックスと呼ばれるらせん状の规则正しい构造を复数含んでいる。特に膜を介して物质を输送する膜トランスポーターは、膜贯通ヘリックスの中に物质を取り込み、膜贯通へリックスの配向を巧みに変化させ、物质を効率よく放出すると考えられている。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学　多元物质科学研究所　
教授　稲叶　谦次（いなば　けんじ）
（生命科学研究科/理学研究科化学専攻兼担、
九州大学生体防御医学研究所クロスアポイント） Tel: 022-217-5604
　 E-mail: kenji.inaba.a1*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学　多元物质科学研究所広报情报室
Tel: 022-217-5198
E-mail: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）