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細胞：タンパク質がマンガンと結合するか、あるいは銅または亜鉛と結合するかは、折りたたみが起こる場所によって制御されている

2008年10月23日 Nature 455, 7216 doi: 10.1038/nature07340

タンパク質の少なくとも1/4は金属を必要とする。一部のタンパク質では、金属シャペロンが適切な金属をタンパク質に挿入するが、大半のタンパク質では金属シャペロンは見つかっておらず、金属タンパク質のほとんどは細胞内貯蔵庫から金属を直接取り込むと考えられている。ところが、一部の金属は他の金属に比べて、より安定な複合体をタンパク質と形成する。例えば、アーヴィング-ウィリアムス系列で示されているように、Cu²⁺とZn²⁺はMn²⁺に比べて、一般により安定な複合体を形成する。したがって、ほとんどの新生タンパク質について、金属を獲得する細胞機構は明らかになっていない。この問題を検討するために、我々は、シアノバクテリアSynechocystis PCC 6803のペリプラズムで最も豊富に存在するCu²⁺含有タンパク質であるCucA（Cu²⁺-cupin A）と、最も豊富に存在するMn²⁺含有タンパク質であるMncA（Mn²⁺-cupin A）を同定した。これらの新たに同定されたタンパク質は、クピンフォールド（cupin fold）内で同一のリガンドを介してそれぞれ対応する金属と結合する。アーヴィング-ウィリアムス系列で示されるとおり、MncAがMn²⁺を結合するのは、Mn²⁺のモル濃度がCu²⁺あるいはZn²⁺の少なくとも10⁴倍である溶液中で折りたたまれた場合のみである。しかし、MncAが一度Mn²⁺と結合すると、Mn²⁺がCu²⁺と入れ替わることはない。MncAとCucAはそれぞれTatおよびSecと呼ばれるシグナルペプチドをもち、これによって異なった経路でペリプラズムへ輸送される。Tat経路を介して輸送されたMncAは細胞質内で折りたたまれる。細胞質に存在する銅あるいはZn²⁺は強固に結合したものだけだが、Mn²⁺はマイクロモル濃度で存在する。一方、CucAはペリプラズム内で折りたたまれ、Cu²⁺を取り込む。以上の結果から明らかになるのは、含有金属の種類を制御するのに、結合しやすさよりもタンパク質が細胞内のどの区画で折りたたまれるかが優越するという機構がとられていることである。これは、細胞質には強固に結合し、緩衝系をなす銅とZn²⁺だけしか存在しない理由の説明ともなっている。

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