「金属タンパク質」の形成過程を通じて生命現象の理解に挑む、古川良明准教授です。タンパク質への金属イオンの結合が私たちのいのちを支える―生命現象を分子レベルで解明する生命機構化学―タンパク質は金属イオンの助けを借りて、多くの生体反応を司る。呼ばれるタンパク質も、銅・亜鉛イオンを結合することではじめて活性酸素から細胞を守る働きをする。原因になると考えられている。古川良明さんは、タンパク質に金属イオンを供給する生体内プロセスに着目することで、さまざまな生命現象の解明に挑むとともに、その成果を難病の予防や治療法の開発にも生かしたいと考えている。生命活動には欠かすことのできない金属イオン鉄、亜鉛、銅、モリブデン、コバルト...。生体内ではさまざまな金属イオンが、タンパク質に結合することで機能を発揮している。いずれも生命の維持には欠かせないが、これほどまでにいろいろな種類の金属イオンを必要とするようになったのは、太古の地球に生じた大きな環境変化が関係していると考えられている。「例えば、赤血球に含まれるヘモグロビンは鉄(II)イオンをもつタンパク質です。ヘモグロビンが酸素分子を運ぶことができるのは、鉄(II)イオンに酸素分子が結合するからです。鉄(II)イオンは生物が最初に利用した金属イオンだとされていますが、これは原始地球の海洋に最も豊富に含まれていたためだと考えられています」と説明する古川さん。金属イオンをもつタンパク質(以下、金属タンパク質)の構造や機能に興味があり研究を進めている。光合成を行うシアノバクテリアが地球上に登場し、大気中の酸素分子の濃度が急激に上昇すると、鉄(II)イオンのほとんどが酸化され、水に溶けない酸化鉄(III)として海の底に堆積した。鉄イオンの利用が一転して制限された生物は、代わりに銅イオンなどのさまざまな金属イオンを巧みに利用することで、環境の変化に順応してきたと考えられている。金属イオンを利用して、活性酸素から体を守るすべてのタンパク質のうち、3割ほどが何らかの金属イオンを結合しているといわれている。生物はこれほどまでに金属イオンを必要としているのだろうか。「生命を維持するために、生体内ではさまざまな化学反応が行われています。それらの多くを進めているのがタンパク質です。タンパク質はアミノ酸がつながってできていますが、それだけでは限られた化学反応しか進めることができません。そこに金属イオンが加わると、タンパク質が行うことのできる化学反応は一挙に増えるのです」。して金属イオンは、高度な生命現象を維持するために欠かせない役割を担うようになった。dismutase)という金属タンパク質は、毒性の高い活性酸素であるスーパーオキシドO2-を除去する酵素だ。正常に働かなければ、O2-がDNAや生体膜を傷つけるため、生物は生きていくことができない。SOD1は2つのサブユニットからなり、それぞれに銅・亜鉛イオンが1つずつ結合した構造をしている(図1)。銅イオンはO2-を除去する活性中心として機能し、亜鉛イオンはSOD1の構造を安定化させる役割を持つ。不思議なことにSOD1は、多くの金属イオンの中から銅・亜鉛イオンだけを選別して結合し、生体内で機能できるのだ。つのサブユニットそれぞれに、銅イオン(Cu)と亜鉛イオン(Zn)が結合する。イオンの解離を防ぐ「フタ」のような役割を果たす。タンパク質はどのように金属イオンを捕えるのか?「当然ですが、生物は金属イオンをつくることができないので、食べ物から摂取しています。金属イオンによっては毒性があるため、特定の金属イオンだけを細胞の中に取り込んで、特定のタンパク質に運び込む必要があります。面白い現象だと思うのですが、わかっていないことが実に多い」と、金属イオンとタンパク質の関係はいまだ謎に包まれていると古川さんはいう。細胞内ではさまざまな生体分子が金属イオンを奪い合っているようで、特定のタンパク質に金属イオンを運搬する「金属シャペロン」の存在が明らかになってきた。O’Halloran)教授が1997年に初めて発見した銅シャペロンを筆頭に、鉄やニッケルイオンを運ぶシャペロンも近年には報告されている。ちなみに、おしゃれな響きの「シャペロン」はフランス語で、社交界にデビューする若い女性に礼儀作法を教える年上女性のことだそうだ。SOD1には、CCSと呼ばれる銅シャペロンが銅イオンを供給する。ようなサイクルで銅イオンを受け取ることを見いだし、活性酸素の毒性から体を守ることを解き明かした。このサイクルがうまく機能しないと、CCSからSOD1に銅イオンが渡らず、SOD1は酵素として機能しないばかりか、正常な構造を保てなくなって、たくさんのSOD1分子が「凝集」する異常な現象が生じることも突き止めた。古川さんによると、SOD1が亜鉛イオンをどのように捕えるのかは、全く見当もつかない状態だと言う。世界初の「亜鉛シャペロン」の同定に向けた挑戦はまだまだ続く。