今日の話題
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化学と生物 Vol. 52, No. 5, 2014
GPI アンカー生合成系における新規バイパス経路
酵母細胞を用いた脂質リモデリング系の解明
グリコシルホスファチジルイノシトール（GPI）は糖 脂質の一種であり，膜タンパク質の一部は，GPIによっ て細胞膜の表層につなぎ止められている．GPIがあたか もタンパク質を係留する錨（アンカー）のような役割を 果たすことから，このようなタンパク質は，GPIアン カー型タンパク質と呼ばれる．GPIアンカー型タンパク 質は，マイクロドメインあるいは脂質ラフトと呼ばれる 細胞膜上の特定の領域に組み込まれる．マイクロドメイ ンは，GPIアンカー型タンパク質やスフィンゴ脂質，ス テロールなどにより構成される微小な領域で，シグナル 伝達の場として働くなど，細胞の機能に重要な役割を果 たしている（1, 2）．
GPIの前駆体であるリン脂質（ホスファチジルイノシ トール）の多くは， -2位に不飽和脂肪酸を有してお り，このままではマイクロドメインに組み込まれること はできない．GPIアンカー生合成系において， -2位の 脂肪酸鎖はホスホリパーゼA2によって取り除かれ，そ の後，アシル基転移酵素によって飽和脂肪酸鎖が転移さ れる．このプロセスをGPIの脂質リモデリング（あるい は脂肪酸リモデリング）と呼び，脂質リモデリングを受 けて初めて，GPIはマイクロドメインと会合できるよう になる（3, 4）．
出芽酵母 の場合，脂質リモ
デリングにかかわるホスホリパーゼA2は 遺伝子 産物（Per1p），アシル基転移酵素は 遺伝子産物
（Gup1p）である．pG2型のGPI脂質はPer1pによって Lyso-PI型となり，さらにGup1pによってpG1型へと変 換される（図1）．また，GPIアンカー型タンパク質の種 類によっては，脂質部分がセラミド骨格を有するIPC型 に 変 換 さ れ る．こ の 反 応 に は 遺 伝 子 産 物
（Cwh43p）が関与する．出芽酵母のGPIアンカー型タ ンパク質の脂質部分はIPC型が過半を占めるが，pG1型 のままのものも少なからず存在する．
これら3つの遺伝子産物はいずれも小胞体に局在する 膜貫通型タンパク質である．これらがPer1p, Gup1p, Cwh43pという順序で働き，GPIの脂質部分は直線的な 経路でpG2 → Lyso-PI → pG1 → IPCのように変換され ると従来は考えられてきた．この経路をより詳細に調べ
るため，筆者らは 二重遺伝子破壊株を作製 したところ，この二重破壊株は， 単独破壊株と比 較して著しい増殖遅延を示した．もし脂質リモデリング 系が厳密に直線的な経路であり，Cwh43pはpG1型の GPIのみを基質とするならば，このような結果は得られ ず， 破壊株も 二重破壊株も同一の表現 型を示すはずである．可能性の一つとして，Cwh43pが 多機能タンパク質でGPIの脂質リモデリング系以外でも
Per1p Gup1p
Cwh43p
pG2 Lyso-PI pG1
IPC ジアシルグリセロール型
P O O
O O O
P O O
O O O P
O O OH O
セラミド型
タンパク質
イノシトール
ホスホエタノールアミン マンノース
グルコサミン
P O HO OH
HN O
図1■出芽酵母におけるGPIの脂質リモデリング経路．
小胞体において，脂質部分がpG1型あるいはIPC型（図中の網か けで示す）にまで変換されると，GPIアンカー型タンパク質はマ イクロドメインと会合できるようになる．Cwh43pの通常の基質 はpG1型であるが，経路が阻害されるとLyso-PI型やpG2型も基 質となりうる．
Per1p Gup1p
Cwh43p
pG2 Lyso-PI pG1
IPC ジアシルグリセロール型
P O O
O O O
P O O
O O O P
O O OH O
セラミド型
タンパク質
イノシトール
ホスホエタノールアミン マンノース
グルコサミン
P O HO OH
HN O
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284 化学と生物 Vol. 52, No. 5, 2014
機能しているならば，このような結果はありえるが，セ ラミド変換活性を失わせた点変異型のCwh43pを用いて も同様の結果が得られたことより，この可能性も低いこ とがわかった．したがって，脂質リモデリング系は pG2 → Lyso-PI → pG1 → PCという直線的な経路のみで はなく，バイパス経路が存在することが示唆された．
この表現型を生化学的に検証するため，酵母細胞の GPIアンカー型タンパク質より脂質部分を分離し，その 組成を調べたところ， 破壊株ではIPC型の脂質が 少量ながらも認められ，これは 二重破壊株 においては完全に消失した．このことは， 破壊株 においてはpG1型以外のGPIを基質としてCwh43pがセ ラミドへの変換を行っていることを意味する．さらに，
セラミド型の脂質を有し，主に細胞膜に局在するGPIア ンカー型タンパク質であるGas1pの局在を調べたとこ ろ， 破壊株では培地中にGas1pが漏出しており，
二重破壊株ではその程度はさらに顕著と なった．すなわちここでも，二重破壊による相乗効果が 見られた．
同様の手法で， と との二重破壊株の表現 型解析により得られた結果を考え合わせると，酵母細胞 における脂質リモデリングには，図1の矢印に示すよう な多様な経路が存在し，通常のリモデリング経路が阻害 された場合，Cwh43pはLyso-PI型やpG2型のGPI脂質 を基質としてセラミド型に変換できることが明らかと なった（5）．酵母細胞の増殖速度，GPI脂質の組成，そし てGPIアンカー型タンパク質の漏出，という3つの事象 がいずれも二重破壊による相乗効果を示すという実験結 果は，酵母細胞を用いた解析のエレガントさを再認識さ せてくれるものであった．
実は，GPIアンカー型タンパク質がマイクロドメイン に会合するためには，脂質部分がpG1型にまで変換さ れていればよい．それなのに，酵母細胞においてわざわ ざIPC型にまでGPIの脂質部分を変換することには，ど のような生理的意義があるのだろうか．この残された謎 を解明すべく，筆者らは研究を進めているところであ る．
1） P. Orlean & A. K. Menon : , 48, 993 （2007）.
2） M. Pittet & A. Conzelmann : , 1771, 405 （2007）.
3） M. Fujita & Y. Jigami : , 1780, 410
（2008）.
4） M. Fujita & T. Kinoshita : , 1821, 1050 （2012）.
5） T. Yoko-o, D. Ichikawa, Y. Miyagishi, A. Kato, M.
Umemura, K. Takase, M. Ra, K. Ikeda, R. Taguchi & Y.
Jigami : , 88, 140 （2013）.
（横尾岳彦，産業技術総合研究所生物プロセス研究部門）
プロフィル
横尾 岳彦（Takehiko YOKO-O）
＜略歴＞1990年東京大学理学部生物学科 卒業／1995年同大学大学院理学系研究科 植物学専攻博士課程修了／同年工業技術 院生命工学工業技術研究所研究員／2001 年産業技術総合研究所研究員（改組によ る）／2006年同研究所主任研究員，現在に 至る＜研究テーマと抱負＞複合糖質の生合 成機構について，主に酵母細胞を用いて研 究を行っている．酵母をもの造りなどに応 用するにあたっては，研究を進めていくう ち，いったん基礎研究に立ち返る必要性が 生じるケースも少なくない．そのような基 礎研究に焦点を当てていきたい＜趣味＞
「見る」こと（ウォッチング）．鳥，乗り 物，近代建築など，幅広く対象としている
