PIDD1と代替タンパク質に関する新しい知見

人間の遺伝子は通常、オープンリーディングフレーム（ORF）やコーディング配列（CDS）と呼ばれる主要な部分に焦点を当てて、タンパク質を作ることが多いんだ。これが大体一番長いORFになる。これらの遺伝子から生成されるRNAは、オルタナティブスプライシングによるわずかな変化を示すことがある。このプロセスのおかげで、遺伝子は異なるタンパク質の形を作れるんだ。でも、研究者たちは、いくつかの遺伝子が実際には複数のORFを作ることができ、それによって複数のタンパク質が生成されることを発見している。

今のところ、これらの追加のORFやそのタンパク質に名前を付ける方法は合意されていないんだ。しばしばマイクロタンパク質やオルタナティブタンパク質と呼ばれる。ここでは、「オルタナティブORF」（AltORFs）と「オルタナティブタンパク質」（altProts）という用語を使って、主要なタンパク質タイプと区別するね。それらは「リファレンスORF」（refORFs）や「リファレンスタンパク質」（refProts）と呼ばれる。

#オルタナティブタンパク質の重要性

初期の研究では、同じ人間の遺伝子からの2つのタンパク質を調べて、altMID51というオルタナティブタンパク質の一種がリファレンスタンパク質よりもはるかに大量に存在することがわかった。このaltMID51がミトコンドリアのリボソームという細胞の機械部分の一部であることが発見されたのは重要だ。この例は、オルタナティブタンパク質に目を向けることで、主要なタンパク質だけに焦点を当てた場合には見逃すかもしれない新しい洞察が得られることを示しているんだ。

タンパク質の作り方を研究するために、科学者たちはリボソームプロファイリング（ribo-seq）などの技術を使ってRNAレベルでのタンパク質生成を理解したり、質量分析（MS）でタンパク質レベルでの研究を行ったりすることができる。しかし、altORFsやaltProtsを特定するのは難しいままだ。というのも、現在のデータベースでは名前が付けられていなかったり認識されていなかったりすることが多いから。この情報の不足が、それらの機能を発見するのを難しくしている。

この課題に取り組むために、一部の研究ではribo-seqとプロテオミクスを組み合わせている。この組み合わせにより、altORFsやaltProtsの注釈が助けられるんだ。OpenProtというリソースは、科学者がトランスクリプト内の複数のORFを見つけ出し、異なる種で29コドン以上の長さのすべてのORFを注釈することを可能にしている。

リボソームプロファイリングとプロテオミクスの大規模なデータセットをOpenProtを使って再解析することで、研究者たちはオルタナティブタンパク質とリファレンスタンパク質の両方の存在についてのさらなる証拠を集められるし、複数のタンパク質をコードできる遺伝子も発見できるかもしれない。

#PIDD1遺伝子とそのタンパク質

特定の遺伝子、P53誘導タンパク質であるPIDD1は、910アミノ酸からなるタンパク質をコードしている。このタンパク質は処理中に2つの部分に切断される：445アミノ酸のN末端部分（PIDD-N）と465アミノ酸のC末端部分（PIDD-C）。C末端部分はさらに分割されて、PIDD-CCという小さなタンパク質が生成される。

PIDD1は、DNA損傷に応答し、中心体を監視し、NFkBという経路を活性化し、細胞死を引き起こすためにさまざまな役割を果たす。PIDD1遺伝子の変化や突然変異は、脳の異常や知的障害に関連づけられているけど、その理由はまだ完全には解明されていない。

この研究では、PIDD1がリファレンスタンパク質とオルタナティブタンパク質altPIDD1の両方を、同じトランスクリプトに見られる重複したORFから生成する可能性のある多重コーディング遺伝子の中にあることがわかった。altPIDD1は新しいタンパク質で、細胞の骨格の構造内に部分的に局在し、アポトーシス（プログラムされた細胞死）の過程で切断される。多くの新しいタンパク質が霊長類の中で現れるが、altPIDD1は胎盤哺乳類で初めて登場した。

これらの発見は、哺乳類における遺伝子の働きについての従来の考えを挑戦するもので、私たちのゲノムの中でのコーディングポテンシャルをより良く説明する必要性を示しているんだ。

#PIDD1遺伝子の構造

PIDD1遺伝子は16のセグメント、すなわちエクソンから成っている。PIDD1の主要なタンパク質コーディング部分はエクソン2から始まり、エクソン16で終わる。興味深いことに、エクソン2と3を跨ぐ2つ目のORFがあり、これはaltPIDD1を生成すると予測されている。Ensemblというデータベースによると、PIDD1は2種類のRNAを生成できる。重要なのは、どちらのタイプも同じRNAから発生すること、つまりPIDD1とaltPIDD1が一緒に発現しているんだ。

#altPIDD1とPIDD1の違い

altPIDD1とPIDD1のアミノ酸配列は異なるんだ。というのも、altPIDD1のORFはPIDD1のとは異なるリーディングフレームを使っているから。結果として、同じ遺伝子から来ているにもかかわらず、お互いのバリアントとは見なされないんだ。altPIDD1はプロリン（アミノ酸）が多く含まれ、いくつかのシステイン残基も含んでいる。タンパク質の一部は不規則に見え、他のタンパク質と結合できる可能性を示唆しているかもしれない。初期の予測では、その構造はリボンに似ていると言われているが、これらの予測は信頼度が低い。

複数のプロテオミクス研究からのデータによると、altPIDD1はさまざまなヒト細胞株や組織に存在することが示されている。これらの分析は、altPIDD1がPIDD1よりも高いレベルで生成されていることを示唆している。リボソームの活動の異なる段階を見てみると、リボソームがaltPIDD1を積極的に翻訳して、その開始部位の周りに集まっているようだ。

#タンパク質レベルの測定

altPIDD1とPIDD1の細胞内濃度を測定するために、研究者たちは合成ペプチドの特定のバージョンに依存する技術を使った。それにより、altPIDD1がPIDD1よりもずっと豊富で、そのモル比に大きな違いがあることが確認された。

#altPIDD1とPIDD1の共発現のテスト

altPIDD1とPIDD1がどのように一緒に発現しているかをさらに理解するために、研究者たちは異なる遺伝子構築物を設計した。一部の構築物は1つのタンパク質だけを発現させるが、他のものは同じRNAから両方のタンパク質が発現するようにしている。両方のタンパク質がタグ付けされると、研究者たちは免疫ブロッティングを介して共発現を直接観察することができた。

データは、同じRNAから共に発現される場合、altPIDD1とPIDD1の両方が存在することを示した。altPIDD1の開始部位を除去してもPIDD1は生成され続け、altPIDD1の想定される開始点が確認された。

altPIDD1の発現レベルをPIDD1のそれと比較した場合、altPIDD1は常に高いレベルを示し、低い発現条件下でもそうだ。タンパク質合成を阻止する実験では、altPIDD1は安定していたのに対し、PIDD1はより早く処理された。これは、altPIDD1が細胞の機械によってより効率的に作られている可能性を示唆している。

#イニシエーションシーケンスの影響

哺乳類では、タンパク質合成を開始するための最適なシーケンス、いわゆるコザックモチーフがある。altPIDD1の周りのシーケンスは良い信号を提供するが、一つ重要なヌクレオチドが欠けている。その結果、PIDD1の翻訳はリーキーなスキャニングプロセスに依存するかもしれず、リボソームはaltPIDD1の開始部位を無視してPIDD1の部位に移動することになりそうだ。

研究者たちは、altPIDD1の開始部位を最適なコザック配列に揃えることで、これをテストした。この変更により、PIDD1のレベルが低下し、リーキーなスキャニング仮説が支持されたんだ。

#altPIDD1の局在

altPIDD1が細胞内のどこに存在するかを理解するために、研究者たちは特別なイメージング技術を使った。altPIDD1とPIDD1は主に細胞質に位置していた。しかし、altPIDD1は細胞の端や特定のフィラメント構造に沿った明確な領域にも現れ、細胞骨格の一部（アクチンというタンパク質が豊富な部分）とつながっているかもしれないと思われる。

これらの観察を検証するために、科学者たちはアクチンに依存する構造を作成するように細胞を誘導し、altPIDD1がこれらの領域に集まることを見つけた。

#他のタンパク質との相互作用

altPIDD1が細胞内のどのタンパク質と相互作用するかを調べるために、研究者たちはaltPIDD1を精製し、他に何が存在するかを分析する技術を使用した。細胞の骨格に関連することが知られているいくつかのタンパク質が特定された。その中でも特にカラペイン-2というタンパク質が相互作用ネットワークで豊富だった。

この相互作用は、altPIDD1がカラペイン-2を引き下げることができることを示す実験によって確認された。カラペイン-2がタンパク質の切断や移動に関与していることを考えると、この相互作用はaltPIDD1が細胞内で何をするのかを理解する上で重要かもしれない。

#altPIDD1の細胞死における役割

altPIDD1には、特定の酵素によってアポトーシスと呼ばれるプログラムされた細胞死中に切断される部位も含まれている。研究者たちは、細胞死を誘導し、altPIDD1が切断されているかどうかを確認することでこれをテストした。彼らは、UV治療がaltPIDD1の顕著な切断を引き起こすことが分かり、特定の阻害剤が存在した場合にはその切断が止まることを見つけた。切断を防ぐように設計された変異もこの機能を確認し、altPIDD1が細胞死のプロセスに関与しているという考えを強化したんだ。

#altPIDD1の進化

PIDD1遺伝子の進化的な系統樹を見てみると、altPIDD1は主に胎盤哺乳類に保存されていることがわかった。しかし、他のタイプの哺乳類には現れないため、このオルタナティブタンパク質は胎盤哺乳類が進化した後に出現したようだ。

#結論

オルタナティブORFからのタンパク質の翻訳が注目を集めているのは、研究者たちが以前は認識されていなかった新しいタンパク質を発見しているからだ。この研究では、PIDD1遺伝子がオルタナティブタンパク質altPIDD1を生成し、この遺伝子の主要な産物が従来のリファレンスタンパク質ではなくaltPIDD1であることを示した。

さまざまなデータソースを使用し、既存の研究を再解析することで、これらのオルタナティブタンパク質に対する貴重な洞察が得られる。今回の研究は、多重コーディング遺伝子のさらなる探求が必要であることを強調していて、それにより私たちの細胞におけるタンパク質の全体像への寄与をよりよく理解できるようになるよ。

#今後の方向性

altPIDD1の機能を完全に理解するためには、さらなる研究が必要だ。altPIDD1の存在がPIDD1や、altPIDD1が相互作用するタンパク質を含む広範な細胞プロセスにどのように影響するかを調査することが重要だ。altPIDD1を選択的に取り除くことで、その細胞内での特定の役割を明らかにし、それが本当に重要な機能を果たしているのか、それとも単なる細胞機械の副産物なのかを判断することができる。

この研究は、オルタナティブタンパク質やそれらの健康と病気における役割に関するより広範な研究の基盤を築くものだ。先進的な技術と共同アプローチを用いることで、科学者たちは複雑な生物における遺伝子発現やタンパク質機能の謎をさらに解き明かせるだろう。