大阪大学 研究「繊毛モーター」を組み立てる分子、 FBB18の特徴的な構造を解明
繊毛病の発症メカニズムの理解・組み立て機構の分子基盤解明に期待
2025-3-27●生命科学・医学系理学研究科教授昆 隆英発表のポイント
発表概要
大阪大学大学院理学研究科の山本遼介講師、昆隆英教授らの研究グループは、大阪大学蛋白質研究所、県立広島大学、コネチカット大学ヘルスセンター（アメリカ合衆国）、パウル・シェラー研究所（スイス連邦）らとの共同研究により、ヒトを含む多くの真核生物が持つ細胞小器官「繊毛」を動かすモーター(繊毛ダイニン)について、その組み立て分子である「FBB18」が新規の「ユビキチン様タンパク質(UBL: Ubiquitin-like protein)」であることを世界で初めて明らかにしました。FBB18と働きが似ているヒトのタンパク質（ヒト相同タンパク質）の異常は繊毛病を引き起こすことが知られています。そのためFBB18と、繊毛を動かすモータータンパク質複合体である繊毛ダイニンがどのように関連しているのかが注目されていました。しかし、FBB18の具体的な分子機能については明らかにされていませんでした。
今回、研究グループは緑藻クラミドモナス(図1A)において「FBB18が細胞質内において繊毛ダイニンを組み立てる機能を持ち、FBB18を欠損すると繊毛ダイニンの組み立てが異常になること」「FBB18はその分子内にユビキチンと類似する部位を持つ新規のユビキチン様タンパク質であること(図1B)」を解明しました。
これにより、FBB18のヒト相同タンパク質の異常に起因する繊毛病の発症機構理解や、これまで多くの謎が残されていた繊毛ダイニン組み立て機構の分子基盤の解明が期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS誌)」に、3月19日（現地時間）に公開されました。
研究の背景
繊毛(図1A)はヒトを含む多くの真核生物が持つ細胞小器官で、単細胞生物では個体運動や外界感知、多細胞生物では生殖や発生などに重要な役割を持ちます。ヒトでは、脳室内や気管、精子や輸卵管などに繊毛が生えていて、これらの繊毛が正常に動かないと繊毛病と総称される病気を引き起こします。繊毛の運動は、繊毛ダイニン(図1C)というモータータンパク質複合体によって駆動されます。繊毛ダイニンは、繊毛内へと運び込まれてモーターとして機能する前に、細胞質内において組み立てられる必要があることが知られていました。しかしながら「繊毛ダイニンがどの様に組み立てられるのか？」「繊毛ダイニンを組み立てる分子の正体は何なのか？」など、多くの謎が残されていました。
研究の内容
研究グループでは、繊毛を持つ単細胞の緑藻であるクラミドモナス(図1A)を用いて、FBB18と呼ばれる分子の機能解析と構造解析を行いました。FBB18を欠損するクラミドモナス変異株で繊毛ダイニンの安定性や量を生化学的に調査した結果、FBB18が細胞質内において繊毛ダイニンの正常な組み立てに必須な役割を果たすことを明らかにしました。さらに、結晶学的な手法を用いてFBB18の分子構造を決定したところ、予期しなかったことにFBB18がユビキチンと類似する部位を持つことが明らかになりました(図1B)。ユビキチンと類似する部位を持つタンパク質群をユビキチン様タンパク質と呼び、オートファジー・免疫・転写・物質輸送など様々な生理機構にユビキチン様タンパク質が関わっていることがこれまでに知られています。しかしながら、繊毛ダイニンの組み立てにユビキチン様タンパク質が関わっていることが示されたのは、今回が世界で初めてです。
本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)
本研究成果により、繊毛ダイニンの組み立てに新規のユビキチン様タンパク質(FBB18)が関わっていることが明らかにされました。繊毛ダイニンの組み立てを担う特殊化したユビキチン様タンパク質(FBB18)が存在するというこの予期しない成果は、真核生物の進化における繊毛ダイニン組み立て経路の起源と分子進化の過程にも重要な示唆を与えるものです。また本研究成果は、繊毛ダイニン組み立て機構の具体的な分子基盤の一端を明らかにしたものであり、今後、繊毛ダイニン組み立て機構の包括的な理解の一助になると考えられます。加えて本研究成果は、FBB18のヒト相同タンパク質の異常により引き起こされる繊毛病の発症機構についても、貴重な基礎的知見を与えるものだと考えられます。
特記事項
本研究成果は、2025年３月１9日（現地時間）に米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS誌)」（オンライン版）に掲載されました。タイトル：“Chlamydomonas FBB18 is a ubiquitin-like protein essential for the cytoplasmic preassembly of various ciliary dyneins”
著者名：Ryosuke Yamamoto, Yui Sahashi, Rieko Shimo-Kon, Miho Sakato-Antoku, Miyuka Suzuki, Leo Luo, Hideaki Tanaka, Takashi Ishikawa, Toshiki Yagi, Stephen M. King, Genji Kurisu, Takahide Kon
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1073/pnas.2423948122
なお本研究は、日本学術振興会、上原記念生命科学財団、伊藤忠兵衛基金、スイス国立科学財団、アメリカ国立衛生研究所のご支援の下、行われたものです。また、本研究は大阪大学蛋白質研究所の栗栖源嗣教授、県立広島大学の八木俊樹教授、コネチカット大学ヘルスセンター（アメリカ合衆国）のStephen M. King教授、パウル・シェラー研究所（スイス連邦）の石川尚教授らのご協力の下、行われました。
参考URL
昆 隆英 教授 研究者総覧https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/162a462b8dd44a2e.html