憧れの「Anfinsen」さんとのツーショット

 前回のブログで、米国土産で作った「セントラルドグマ」を披露したが、その後さらに少し「拡張」していたのだった。

リボソームやシャペロン（シャペロニンGroEL/ES複合体）の3Dプリンタ模型があったのでそれを置いたのだ。

さて、私の専門分野は、タンパク質がリボソームでポリペプチド鎖として産まれてきてから立体構造形成（フォールディング）するところである。このタンパク質フォールディングに関しては、「アミノ酸配列がタンパク質の立体構造を決定する」というタンパク質科学の前提となる基本原理がある。この基本原理は「タンパク質は自発的にフォールディングする」、「タンパク質は自由エネルギー最小の構造にフォールディングする」などさまざまな言い換えがあるが、本質は同じだ。まとめて、Anfinsenのドグマと呼ばれている。

このドグマの確立に貢献した実験は1950〜60年代に行われた今考えるとシンプルな実験である。尿素で完全に変性させた酵素タンパク質（RNase）を透析したら変性前と全く同じ酵素活性になったことが証明されたのだ。この実験を主導して行ったのがChristian AnfinsenだったのでAnfinsenのドグマと呼ばれるようになった。

前置きが長くなったが、NIHの本館のようなビルの展示コーナーで予期せず、「Anfinsen」さんに遭遇した。Anfinsenは長らくNIHで研究していて、1950年代ころからタンパク質は自発的にフォールディングするということを実験で証明したのだ（その功績で1972年にノーベル化学賞を受賞）。

思わず嬉しくなって「ツーショット」を撮ったのが以下の写真だ。

このAnfinsenコーナーでは、彼の功績が、実際に使っていたカラムやタンパク質模型などと共に展示されていた。

何度も出しているセントラルドグマにおけるAnfinsenドグマの位置付けを示すと以下のようになる。

さて、実は私が大学院で研究を始めた1989年春、恩師の吉田賢右先生が提示してくれたのが、

（Anfinsenの）ドグマは本当か。

である。そのときの配付資料をもっているので載せてみる。

つまり、タンパク質の可逆的変性ｰ再生（フォールディング）をHsp（熱ショックタンパク質）が助けている可能性が出てきたので、Hsp研究を始めよう、というものだった。

シャペロンという言葉が使われていないことからもわかるが、セントラルドグマに従ってタンパク質ができると、後は勝手に（自発的に）フォールディングするのだから、今でいうシャペロン的な存在は当時想定されていなかったのだ。（当時シャペロンという概念・用語はちょうど出たばかりでまだ浸透していなかった）

　その後、このテーマでのHsp60（バクテリアのGroEL）を好熱菌から精製するところから研究を始めて今に至る。30年以上に及ぶキャリアの研究テーマでシャペロン以外の研究も行っているが、結局はどれもAnfinsenのドグマに行き着く。

シャペロン：当初、あるタンパク質のフォールディングがHsp（≒シャペロン）に絶対的に依存するなら、Anfinsenのドグマは修正すべきではないかと考えられた。その後の研究で、シャペロンは凝集体形成を防いでフォールディングを助けるのが基本的な役割とわかってきた。つまり、シャペロンはフォールディングに積極的に介入するわけではない、ということだ。とは言え、シャペロン存在下で、フォールディング経路が大きく変化して、自発的フォールディングでは立体構造A、シャペロンがあるとBというようなケースがあるかもしれない。

プリオン：プリオンやアミロイドは元々別の天然構造（もしくは天然変性状態）にあるタンパク質の構造が転換して分子間βシートによる線維状構造（アミロイド）になるという点で、一つのアミノ酸配列から二つの立体構造を取りえる。Anfinsenドグマを「アミノ酸配列はタンパク質の立体構造を一義に決める」と定義すると、それに反する。その考え方がおもしろいと思って1990年代後半から酵母プリオン研究を始めた。

翻訳に共役したフォールディング：Anfinsenが行った実験を端緒とする通常のフォールディング研究では、完成したタンパク質を変性させてからリフォールディングさせる（Anfinsen型フォールディングとしよう）。細胞内でタンパク質（ポリペプチド）が合成（翻訳）される際には、リボソームでN末端からアミノ酸が一つずつ繫がれて合成されてくるので、翻訳途上からフォールディングが始まるのであれば、Anfinsen型フォールディングと同じとは限らないのではないか？という考え方がある。そこで、試験管内翻訳系（PUREシステム）を使ったりして、翻訳時のフォールディング研究をしている。

　既にわかっていることとして、アミノ酸配列にはタンパク質の立体構造の情報だけでなく、自らが翻訳される際の速度調節など翻訳動態の情報も保持している。究極的には同じアミノ酸配列でもコドンの使い方によって翻訳速度が変わって、結果的にフォールディングに影響が及ぶ、という同義置換依存フォールディング研究はこれからの課題の一つだ。

以上、長年憧れ？のAnfinsenさんに遭遇して感激したところから、ライフワークとなる研究の解説までと、思わず長くなってしまった。

米国土産で作成した「生命のセントラルドグマ」

 昨年3月にアメリカ出張に行った際、NIHに立ち寄った。NIHはNational Institutes of Health（アメリカ国立衛生研究所）の略で、ワシントンDC中心から30分ほどのところにある米国最大の生命科学の研究機関だ。私のような生命科学に携わる人間なら、以前からよく聞く機関で、ポスドクも含めて日本人も多くいる。最近では、アメリカでの新型コロナウイルス対策のヘッドがNIH内のお偉いさんであるアンソニー・ファウチ博士だったので日本のニュースでも名前が流れていた。

NIH内部を案内してもらい、本館みたいなところにあるショップに立ち寄ったらいくつか興味深いモノがあった。一つはファウチ博士のバブルヘッド（頭がぶるんぶるんと動くコミカルな人形）。あちらでのファウチ博士の人気（？）がよくわかる（日本で言えば尾身茂さんのバブルヘッドが売り出されただろうか？）。

もう一つがRNAのぬいぐるみ（？）である。これはGIANT microbesシリーズで、今までもDNAとかプリオン（狂牛病）なんかをCold Spring Harbor（CSH）研究所のショップで購入したことはあるが、RNAは初めて見た。

RNAと言っても、要はメッセンジャーRNA（mRNA）である。一般の方には、RNAはDNAより知名度が劣っていたので以前は商品になっていなかったが、新型コロナウイルスのワクチンでmRNAが使われて、その名が浸透したので売り出したのだと思われる（もしくは前からあったとしても前面に出した）。

既にDNA「ぬいぐるみ」は購入済みだし、タンパク質のおもちゃも多数ある。

そこで、生命のセントラルドグマを作ってみた。

　キレイにできた。タンパク質は、確かMOMAショップで売っていたネックレスを切ったものだ（ということを講義とかオープンラボみたいなところで披露すると失笑が漏れたり、子供の中には記憶に残ることがあるようだ。ただ、環状のタンパク質がない、というのは実はけっこう深いことなのだ。それこそ、セントラルドグマの仕組みを考えると納得がいく部分もあるが）。

　それはさておき、このDNAとRNAを比較すると、性質の違いが見えてくる。そう、DNAは二重らせんだが、mRNAは一本鎖である。あと、この写真から塩基部分についての情報も一部得られるのがわかるだろうか。DNAでは青ｰ白、黄ｰ赤（黄赤は隠れているが）がペアになっているということは・・・。

DNAのATGCの4塩基の中でT（チミン）はmRNAではU（ウラシル）が使われるから、

青：A

緑：U

白：T

黄ｰ赤：GｰCかC-Gのどちらか

とわかる。

・・・どうでもいい脱線であった。さらにバリエーションを加えてみよう。まずは、私の専門のタンパク質のフォールディングやプリオンを参加させてみた。フォールディングしたタンパク質もいくらでもある。さらに以前購入した狂牛病、つまり異常構造のプリオンタンパク質も登場させてみた。

本当は、リボソームがあると翻訳（mRNAからタンパク質合成の過程）も示せて面白いのだが、現状のGIANT microbesシリーズは分子レベルのモノが狂牛病と抗体しかないのが残念だ。（microbe（微生物）と言っているくらいだから病原菌とかが多い。狂牛病は「病原体」ということで販売することにしたのだろう）

最後に、「生命のセントラルドグマ」ということで、私が持っているコレクションで登場させたいモノ（人？）があった。

セントラルドグマの提唱者、フランシス・クリックのバブルヘッドである。

クリックのバブルヘッド人形なんてマニアックなのをよく買ったね、と思われるかもしれない。実は、コロナ前に行ったCSH研究所ショップで無料で配っていたのだ。大量に作ったが売れずに在庫処分となったのかもしれない・・・。ワトソンｰクリックと並び立てられるが、ずっと目立っているのがワトソンであることに異議を挟む生命科学者はいないだろう。ちなみに、CSH研究所はワトソンが長年務めている（今も！）ことでも知られている（少なくともコロナ禍前まではCSHLミーティング途中に開かれるピアノコンサートによく来ていた）。とは言え、ある程度分子生物学の歴史を学んだ人なら、クリックの残した功績がワトソンｰクリックのDNAの二重らせん構造解明に留まらないのはよく知るところだ。その先見性、考察の深さには感服するよりない。

以上、米国土産で作成したセントラルドグマであった。実は、ドグマはドグマでも私のライフワークに関係するアンフィンセンのドグマについても、昨年3月の米国出張では実りがあったのだった。次回辺りで報告したい。