タンパク質の形状が古代の進化的つながりを明らかにする鍵

TokyoNature Communications誌に掲載された画期的な研究によると、タンパク質の三次元構造を理解することで、研究者が古代からの進化のつながりを発見する手助けができることが明らかになりました。ジェノム規制センターのセドリック・ノートルダム博士とレイラ・マンスーリ博士が主導するこの研究は、タンパク質の構造が進化の系統樹を構築するために、DNA配列だけよりも信頼性の高い方法を提供することを示しています。

伝統的な進化の系統樹は、種間の関係を特定するためにDNAやタンパク質の配列を比較することに依存しています。しかし、長い時間が経つとこれらの配列は大きく変化することがあり、共通の祖先をたどるのが難しくなります。これを配列飽和と呼び、この問題がしばしば進化の系統樹を不正確にしています。しかし、研究は、タンパク質の構造がより一貫して時間を経ても安定していることを示しており、進化の歴史を理解するためのより安定した基盤となることが分かっています。

このアプローチの重要性を伝えるポイントはこちらです。

進化の歴史をたどるためにタンパク質の形状を利用し、より正確な分析のためにタンパク質構造と遺伝子配列を組み合わせます。遺伝データに比べて、時間経過による影響が少なく、進化論的関係を正確に特定する手助けをします。これは、薬の開発に重要な人間のキナーゼについての理解を深める可能性があり、10億年以上前の進化の関係性を見極める助けとなるのです。

タンパク質の物理的な形状に注目した研究者たちは、分子内距離を測定することで進化の歴史を追跡しました。その結果、構造データから作成された系統樹が、ゲノム配列に基づく系統樹と非常に良く一致し、数少ない不一致が見られることを発見しました。この統合的なアプローチにより、科学者たちは正確な関係と不正確な関係をより効果的に区別することが可能になります。

この発見は、バイオテクノロジーや病気の研究など多くの分野に大きな影響を与える可能性があります。病気がどのように進化するかについての理解を深め、新しいワクチンや治療法の開発を助けることができるでしょう。キナーゼのようなタンパク質の関係を調べることで、細胞機能に重要な役割を果たしているため、科学者たちはがんなどの病気に対するより効果的な治療法を開発することができます。この研究は、タンパク質の進化をかつてない規模で探求する機会を提供し、多くの科学および医療分野に利益をもたらす可能性があります。

進化的飽和を克服する

生命の歴史を遡る際、進化の飽和という問題が立ちはだかります。長い年月を経ると、DNA配列は大きく変化し、元の状態を辿ることが難しくなります。これにより、種間や遺伝子間の関係を理解するための進化系統樹の作成が複雑化します。

研究者たちはこの問題に取り組むため、タンパク質の形状に注目しています。タンパク質の三次元構造は、その配列よりも時間をかけて安定しています。これにより、配列では失われかねない古代の特徴を保持しています。この革新的なアプローチでは、研究者たちはタンパク質構造内の特定部分間の距離、いわゆる分子内距離を測定しました。この方法が影響力を持つ理由はこちらです。

• DNA配列が途切れる場面でも、進化のつながりをより正確に明らかにします。
• 構造データとゲノム情報を組み合わせることで、進化系統樹の正確さが向上します。
• たんぱく質ファミリー間の古代の関係を研究する新しい可能性を開きます。

新しい手法では、タンパク質が実験的に形状を確定する必要がありません。これは、AlphaFold 2のようなツールによって予測される膨大な構造データが存在するため重要です。地球バイオゲノムプロジェクトのような取り組みが進む中、何百万ものタンパク質配列が存在し、さらに多くが期待されています。

これらのつながりを理解することは、歴史的な好奇心を超えて重要です。例えば、プロテインキナーゼは多くの細胞機能にとって不可欠であり、がん治療の主要なターゲットとなっています。より正確なキナーゼ進化系統図を作成することで、研究者たちはこれらのタンパク質の機能と薬物との相互作用をより深く理解し、治療の改善に役立てることができます。その影響は人間の健康を超え、ワクチン開発や病気の進化の理解など、多くの応用に広がります。タンパク質構造の研究は、遺伝データだけでは不足する独自の洞察を提供し、生命の古代の歴史のパズルを解く手助けとなります。

医学への影響

タンパク質の形状に関する最近の研究は、医学において重要な意味を持ちます。タンパク質の構造は、疾患の理解を深め、治療を改善する新たな方法を提供します。以下は、医療における潜在的な利点の一部です。

• 薬の開発強化: タンパク質の形状を理解することで、より効果的な薬の設計が可能になります。タンパク質がどのように構造的に相互作用するかを知ることで、より適合し効率的に働く薬を作ることができます。
• がん治療の改善: 多くのがん治療法はキナーゼのような特定のタンパク質を標的としています。これらのタンパク質の進化の流れを理解することで、より精密ながん治療を開発することができます。
• ワクチン開発の加速: タンパク質の進化に関する洞察は病原体の理解を深める助けになります。この知識は、ウイルスや細菌の脆弱性をターゲットにしたワクチンを作るために役立ちます。
• 病気の進化の追跡: タンパク質構造を調べることで、病気がどのように変化してきたかの手がかりを得ることができます。この理解は将来の変化を予測し新たな治療を準備する上で役立ちます。
• バイオテクノロジーの進展: バイオテクノロジーにおけるタンパク質工学は、この研究から恩恵を受け、革新的な酵素やバイオ製品の開発につながります。

タンパク質構造と遺伝情報を組み合わせることで、生命の進化についてより深い理解が得られます。この二重のアプローチは、長い時間をかけて変化し得る遺伝配列のみに依存することによるエラーを減らし、これまで見えなかったつながりの発見を可能にします。

医学では、タンパク質の進化を理解することで、病気の発展のモデルをより正確に作り上げることができます。例えばキナーゼは多くの細胞プロセスで重要な役割を果たしており、多くの薬の標的となっています。その進化を追うことで、治療法を改良し、患者の治療結果を向上させることが可能です。

進化系統樹の改良により、研究の幅はキナーゼ以外にも広がります。それにより、遺伝性疾患に関連するタンパク質の追跡が可能となり、診断や治療法の向上につながります。タンパク質の進化について深く理解することで、研究者は個々の遺伝情報に基づいて治療を最適化したり、疾病が新薬にどのように反応するかを予測したりすることができます。

タンパク質構造の医療研究への統合は、有望な最前線を示しています。これにより、複雑な特性や病気のメカニズムを探索する新たな道が開かれ、最終的には医療の進歩に繋がります。