新しい方法で生きた細胞の中のタンパク質の相互作用が明らかに！

細胞はネットワークを形成するタンパク質を介してコミュニケーションを取り、一緒に働くんだ。これらのネットワークは、タンパク質同士が相互作用することで成り立っていて、その相互作用の内容は細胞の種類や細胞内部のエリアによって変わることがある。特に一時的または弱い相互作用を捉えるのは難しいけど、これは健康や病気の状態を研究する上で重要なんだ。

タンパク質がどのように相互作用するかを探るために、科学者たちはしばしばアフィニティ精製法と質量分析を組み合わせた方法を使うよ。この技術は相互作用するタンパク質を特定するのに役立つけど、強くて安定した相互作用に焦点を当てがちなんだ。最近では、興味のあるタンパク質に結びついた酵素を使って弱い相互作用を研究する新しい方法も登場してきたんだ。その中でも人気のある酵素はターボIDで、近くにいるタンパク質をラベル付けしてさらに研究できるんだ。

この研究では、Bi-nano-IDっていう新しい方法を紹介するよ。これは生きている細胞の中で特定のタンパク質がどのように相互作用するかを探求して可視化することを目指しているんだ。私たちは、細胞シグナルや行動に大事な役割を持つTAZというタンパク質を使ってこの方法をテストしたんだ。

#TAZとその役割を理解する

TAZは、Hippo経路と呼ばれる重要なシグナル経路に関与しているタンパク質だ。この経路は細胞の成長や移動、細胞が生き続けるか死ぬかの決定を調整するのに役立っている。特定の条件下では、TAZは細胞の細胞質と核の間を移動できるんだ。細胞質では、TAZは細胞の成長を助けるタンパク質と相互作用し、核では遺伝子発現を開始するために異なるタンパク質と協力するんだ。TAZの相互作用や動きは、細胞の機能や健康にとって重要なんだ。

#新しい方法の必要性

従来の方法では、タンパク質の相互作用を捉えきれないことが多いんだ。これらの弱い相互作用は細胞機能を理解する上で重要になってくる。だから、私たちはBi-nano-IDを開発したんだ。これは、近接ラベリングと生物発光補完という二つの技術を組み合わせて、TAZのようなタンパク質が自然な環境でどう相互作用するかを明らかにするんだ。

#Bi-nano-IDの設計

Bi-nano-IDは、既存の技術に基づいて構築されてるんだ。特定のナノボディがタンパク質に結びつき、周囲の相互作用するタンパク質をラベル付けする酵素を使用するんだ。タンパク質が十分に密接に相互作用すると、ラベルを付けられて質量分析で特定できるんだ。このアプローチによって、生きている細胞内で二つのタンパク質が相互作用している様子を同時に可視化できるようになるんだ。

#Bi-nano-IDのテスト

テストケースとして、TAZとその二つのパートナーである14-3-3タンパク質とTEADタンパク質に焦点を当てたんだ。これらのタンパク質はそれぞれ細胞のシグナル伝達や機能において異なる役割を果たしている。私たちは、TAZがHEK293Tという特定の細胞株で14-3-3とTEADの両方とどう相互作用するかを調べたんだ。

TAZとラベリング酵素を結びつける特別な構造体を設計して、TAZの近くにあるタンパク質をラベル付けして同定できるようにしたんだ。質量分析を使用して、TAZと相互作用する多数のタンパク質を発見し、既知の相互作用と新しい相互作用の両方を明らかにしたんだ。

#研究からの観察結果

Bi-nano-IDを使って、TAZに関連する合計243のタンパク質を特定したんだ。その中の66は、既存の知識によれば、すでにTAZと相互作用することが知られていたタンパク質だったよ。興味深いことに、新たに特定されたタンパク質の多くも、TAZの細胞シグナルにおける役割に関連する機能を持っていたんだ。

さらに、TAZが細胞質で14-3-3タンパク質と相互作用するのと核でTEADタンパク質と相互作用するのがどう違うかを調べる特定の分析も行ったんだ。それぞれにユニークな相互作用パートナーが見つかり、タンパク質相互作用における文脈の重要性が際立ったんだ。

#相互作用のインターフェース

実験からの重要な発見の一つは、TAZがパートナーと相互作用するのに関与する特定の領域を特定できたことだ。この領域には、Glu309という特定のアミノ酸が含まれていて、TAZが細胞成長の調節に関わるSERPINB4と相互作用するのに不可欠なんだ。このアミノ酸を変異させると、相互作用が大きく影響を受けたことが示され、重要な役割を果たすことが分かったんだ。

#SERPINB4と細胞成長における役割

SERPINB4がTAZと14-3-3タンパク質と相互作用することにも気づいたんだ。この相互作用は、細胞成長を促進する役割を果たす可能性がある。SERPINB4がこの文脈でどう機能するかを調べるために、細胞株でSERPINB4をノックダウンして、細胞成長にどのように影響するかをテストしたよ。結果、SERPINB4のレベルを減少させると、細胞の増殖が減少したんだ。

#幹細胞の分化を理解する

私たちの実験では、HS27Aという骨髄幹細胞を使って、TAZが生きた系の中でパートナーとどう相互作用するかを理解しようとしたんだ。これらの幹細胞を骨細胞に分化させるよう誘導したら、この過程でSERPINB4が大幅にダウンレギュレーションされたんだ。これにより、その役割がこれらの細胞の成長に関連していることが示唆されたんだ。

#発見の意義

この研究は、生きている細胞の中でのタンパク質同士の複雑な相互作用を明らかにするもので、特にTAZに関連しているよ。Bi-nano-IDを使うことで、リアルタイムでタンパク質の相互作用を研究するための貴重な方法を確立し、これまで測定が難しかった相互作用を捉えることができたんだ。

TAZが細胞内の位置に基づいて異なる相互作用パートナーを持っていることや、特定のアミノ酸がこれらの相互作用において重要な役割を果たすことを示したんだ。この知識は、これらの細胞プロセスがどのように調整され、病気の文脈でどのように操作されるかを理解するのに役立つかもしれない。

#今後の方向性

この研究の影響は、癌研究や再生医療などさまざまな分野に広がるよ。TAZのようなタンパク質の相互作用やそれらが細胞の挙動に与える役割を理解することは、潜在的な治療戦略につながる可能性があるんだ。

私たちは、Bi-nano-IDが細胞生物学の強力なツールになると信じていて、科学者たちがタンパク質相互作用の複雑さとそれが異なる細胞環境でどのように影響するかを解明できるようになるんだ。未来の研究では、これらの発見をさらに拡張して、タンパク質がどのようにコミュニケーションを取り、振る舞うかを解剖していけるだろう。

#結論

要するに、私たちはBi-nano-IDという新しい方法を開発して検証したんだ。これにより、生きている細胞の中でのタンパク質の相互作用を分析できるようになった。TAZとその特定のパートナーに焦点を当てることで、これらの相互作用と細胞シグナルや成長における役割を理解することの重要性を示したんだ。私たちの発見は、タンパク質ネットワークの複雑さと健康や病気への影響を解明するための未来の研究への道を開いたんだ。