シャペロン

シャペロン（英えい: chaperone）とは、他たのタンパク質たんぱくしつ分子ぶんしが正ただしい折おりたたみ（フォールディング）をして機能きのうを獲得かくとくするのを助たすけるタンパク質たんぱくしつの総称そうしょうである。分子ぶんしシャペロン（英えい: molecular chaperone）、タンパク質たんぱくしつシャペロンともいう。

シャペロンとは元来がんらい、西洋せいようの貴族きぞく社会しゃかいにおいて、若わかい女性じょせいが社交しゃこう界かいにデビューする際さいに付つき添そう年上としうえの女性じょせいを意味いみし、タンパク質たんぱくしつが正常せいじょうな構造こうぞう・機能きのうを獲得かくとくするのをデビューになぞらえた命名めいめいである。

機能きのう

シャペロンとは、折おりたたまれていない（変性へんせい状態じょうたいの）タンパク質たんぱくしつに結合けつごうし、それが適切てきせつに折おりたたまれた状態じょうたい（天然てんねん状態じょうたい）になるのを助たすけるタンパク質たんぱくしつの総称そうしょうである。折おりたたみ （フォールディング）はタンパク質たんぱくしつが適切てきせつな構造こうぞうと正常せいじょうな機能きのうを獲得かくとくするプロセスである。シャペロンはフォールディング完了かんりょう後ごには基質きしつとの結合けつごうを解といて遊離ゆうりし、フォールディング後ごの基質きしつの一部いちぶとはならない。また、シャペロンの構造こうぞうは反応はんのう前後ぜんこうで変化へんかしないし、フォールディング後ごの構造こうぞうを指定していしない。天然てんねん体たいの構造こうぞうは基質きしつのアミノ酸あみのさん配列はいれつによって行おこなわれ、シャペロンはあくまでネイティブ構造こうぞうの形成けいせいがなされやすい環境かんきょう、または機会きかいを提供ていきょうするだけである。

シャペロンの機能きのうはフォールディングの補助ほじょだけではない。タンパク質たんぱくしつの品質ひんしつ管理かんり（複ふく合体がったい形成けいせい、輸送ゆそう、リフォールデング、脱だつ凝集ぎょうしゅう）も担になっている。

これらの機能きのうは生命せいめい活動かつどうにおいて必須ひっす事項じこうであるため、シャペロンは必要ひつよう不可欠ふかけつな存在そんざいである。分子ぶんしシャペロンの異常いじょうは、細胞さいぼうの恒常こうじょう性せい維持いじに関かかわるタンパク質たんぱくしつの機能きのう不全ふぜんを引ひき起おこす。具体ぐたい的てきには、代謝たいしゃ系けいの異常いじょう、腫瘍しゅようの進行しんこう、神経しんけい変性へんせい疾患しっかん、心こころ血管けっかん障害しょうがいなどの病気びょうきの進行しんこうの要因よういんとなると考かんがえられている。また、別べつの見方みかたをすれば、細胞さいぼう内ないに存在そんざいする個々ここのタンパク質たんぱくしつのコンホメーション、結合けつごう相互そうご作用さよう、局在きょくざい および濃度のうどの制御せいぎょ（タンパク質たんぱくしつ恒常こうじょう性せい）が適正てきせい化かかつ維持いじされるためにシャペロンは必須ひっすの要素ようそである。

大だい部分ぶぶんのシャペロンは正常せいじょうに機能きのうするためにATPのエネルギーを要ようするが、シャペロンには様々さまざまなものがあり、詳細しょうさいな機能きのうについては不明ふめいの部分ぶぶんが多おおい。

熱ねつショック対応たいおう

多おおくのシャペロンは熱ねつショックタンパク質しつ（HSP）であり、温度おんどの上昇じょうしょうによる損傷そんしょうを抑制よくせいするための熱ねつショック応答おうとうを担になう。つまり、タンパク質たんぱくしつのフォールディングが熱ねつによって変性へんせいした場合ばあいに、そのタンパク質たんぱくしつの折おりたたみを適切てきせつになるよう制御せいぎょする。熱ねつショックタンパク質しつとしてのシャペロンは例たとえばSmall HSPs、HSP40、HSP60、HSP70、HSP90、HSP100などである。

低温ていおんショック応答おうとう

低温ていおんショック応答おうとうを担になうRNA結合けつごう性せいシャペロンの一群いちぐんを低温ていおんショックタンパク質しつ（Csp）（RNAシャペロン）と呼よぶ。Cspは、RNA上じょうに生しょうじた余分よぶんな二に次じ構造こうぞうを一本いっぽん鎖くさり状じょうにほどき、遺伝子いでんし発現はつげんとタンパク質たんぱくしつ合成ごうせいを可能かのうにする。Cspには低温ていおん応答おうとう性せいのものと非ひ低温ていおん応答おうとう性せいのものがある。大腸菌だいちょうきんの場合ばあい、Csp遺伝子いでんしは9種類しゅるいあるが、そのうち4つが低温ていおん応答おうとう性せいである。

新生しんせいタンパク質たんぱくしつのフォールディング

リボソームで合成ごうせいされた新生しんせいポリペプチド鎖くさりは、多おおくの場合ばあいシャペロンの介添かいぞえをうけてフォールディングする。

シャペロンが必要ひつようとされる理由りゆうは、作つくられたばかりのポリペプチド鎖くさりでは疎水そすい性せいのアミノ酸あみのさん残ざん基もとが露出ろしゅつしており、水分すいぶん子こから逃のがれるために最初さいしょに遭遇そうぐうした他ほかの疎水そすい性せい残ざん基もとと結合けつごうしようとするためである（天然てんねん体たいでは疎水そすい性せい残ざん基もとは内部ないぶにあり、周囲しゅういの水分すいぶん子こから隔離かくりされている）。 生体せいたい細胞さいぼう内ないは非常ひじょうにタンパク質たんぱくしつ濃度のうどが高たかいため最もっとも近ちかくの疎水そすい性せい領域りょういきと手当てあたり次第しだいに結合けつごうしてしまうと間違まちがったフォールディングを導みちびく。これを防ふせぐのが（新生しんせいポリペプチド鎖くさりに対たいする）シャペロンの働はたらきである。

なお、フォールディングに失敗しっぱいしたタンパク質たんぱくしつは凝集ぎょうしゅうする傾向けいこうがあり、細胞さいぼうにとって非常ひじょうに有害ゆうがいである（例れいとしては牛うし海綿かいめん状じょう脳症のうしょうの原因げんいんであるプリオンタンパク質たんぱくしつや、アルツハイマー病びょうの原因げんいんとなるβべーたアミロイドタンパク質たんぱくしつなど）。

シャペロンは、正ただしい結合けつごう相手あいてが現あらわれるまで新生しんせいポリペプチドの疎水そすい性せい部分ぶぶんを水分すいぶん子こから隠かくす働はたらきを持もつ。通常つうじょうのシャペロンは、内部ないぶが疎水そすい性せい領域りょういきとなっているポケットを持もち、ここに基質きしつを隔離かくりする。基質きしつの疎水そすい性せい領域りょういきはポケット内ないの疎水そすい性せい領域りょういきと相互そうご作用さようし、不適切ふてきせつな結合けつごうは抑制よくせいされる。

大腸菌だいちょうきんの場合ばあい、トリガー因子いんしと呼よばれる特殊とくしゅなシャペロンを持もつ。古こ細菌さいきんと真ま核かく生物せいぶつには同様どうようのシャペロンは存在そんざいしない。トリガー因子いんしが通常つうじょうのシャペロンと異ことなる点てんは、リボソームの大だいサブユニットと結合けつごうすることである。こうして、新あらたに合成ごうせいされてリボソームから出でてくるタンパク質たんぱくしつは直ただちにポケット内ないへと誘導ゆうどうされる。2004年ねんにNenad Banは大腸菌だいちょうきんのトリガー因子いんしと古こ細菌さいきんのリボソームサブユニットとの複ふく合体がったいの結晶けっしょう化かに成功せいこうした。複ふく合体がったい中ちゅうのトリガー因子いんしはその独特どくとくの形状けいじょうから「うずくまった竜りゅう（臥竜がりょう）」と呼よばれる。臥竜がりょうにはそれぞれ頭あたま、背中せなか、腕うで、尾おと喩たとえられる領域りょういきがある。大腸菌だいちょうきんには予備よびのシャペロンとしてDnaKが存在そんざいし、トリガー因子いんしは生存せいぞんに必須ひっすではない。

ヒストンシャペロン

ヒストンシャペロンとは、ヒストンを裸はだかのDNAに結合けつごうさせてヌクレオソームを形成けいせいさせるタンパク質たんぱくしつである。このタンパク質たんぱくしつの役割やくわりは、転写てんしゃの際さいに一時いちじ的てきにクロマチン上じょうからヒストンが取とり除のぞかれて不安定ふあんてい化かしたヌクレオソームを元通もとどおりにすることである。この不安定ふあんてい化かは、RNAポリメラーゼがヌクレオソーム内部ないぶの転写てんしゃ領域りょういきに接触せっしょくして転写てんしゃを行おこなうために実行じっこうされていると考かんがえられている。ヒストンシャペロンとして、クロマチン転写てんしゃ促進そくしん因子いんし（FACT）が知しられている。

真正しんしょう細菌さいきんにおけるシャペロン

真正しんしょう細菌さいきんのシャペロン複ふく合体がったいモデルであるGroES/GroELシャペロン

真正しんしょう細菌さいきんで機能きのうするシャペロンにGroEL（グループI型がたシャペロニン）がある。このシャペロンはコシャペロン（シャペロン補助ほじょ因子いんし）GroESの共存きょうぞんによって正常せいじょうに機能きのうすることができる。GroELとGroESはシャペロニンとコシャペロニンと呼よばれることもある（シャペロンとして最初さいしょに明あきらかにされたためこう命名めいめいされた）。

一方いっぽう、古こ細菌さいきんにはシャペロニンに相当そうとうするものとしてHSp60（グループII型がたシャペロニン）が存在そんざいするが、GroESに相当そうとうする補助ほじょ因子いんしを必要ひつようとせず、GimCという因子いんしが補助ほじょ的てきに働はたらくという報告ほうこくがある。真ま核かく生物せいぶつでは細胞さいぼう本体ほんたいに古こ細菌さいきんと相あい同どうのシャペロニンを持もち、オルガネラに真正しんせい細菌さいきんと相あい同どうのシャペロニン（GroELに相当そうとう、GroESもある）を持もつ。この他ほか、GroEとHsp40を補助ほじょ因子いんしとして必要ひつようとするHsp70というシャペロンが全ぜんドメインから見みつかっている、

GroEL/GroESシャペロンは以下いかのように機能きのうする。まず樽たるのような構造こうぞうをなしているGroEL/GroES 複ふく合体がったいがその中なかへ、露出ろしゅつした一連いちれんの疎水そすい性せいアミノ酸あみのさん部分ぶぶんを取とり込こむ。この初期しょき段階だんかいではシャペロン複ふく合体がったいの内部ないぶは疎水そすい性せいが高たかい。タンパク質たんぱくしつ分子ぶんし（または一部いちぶのドメイン）がこのカプセルの中なかで正常せいじょうにフォールディングすると、内部ないぶは親水しんすい性せいに変化へんかし、これによってフォールディングしたドメインはシャペロン外がいの水中すいちゅうに放出ほうしゅつされる。このサイクルは何なん度ども繰くり返かえされるが、疎水そすい性せい・親水しんすい性せい変化へんかにはGroEL/GroESのコンフォメーションの変化へんかが必要ひつようで、ATPの加水かすい分解ぶんかいによりそのエネルギーが供給きょうきゅうされる。

分子ぶんし内ないシャペロン

分子ぶんし内ないシャペロンとは、標的ひょうてきタンパク質たんぱくしつの内部ないぶに存在そんざいし、標的ひょうてきタンパク質たんぱくしつの正ただしいフォールディングを導みちびき、かつ、フォールディング後ごにプロテアーゼによって切除せつじょされる部分ぶぶん的てきアミノ酸あみのさん配列はいれつである。このため、成熟せいじゅくタンパク質たんぱくしつ分子ぶんしには存在そんざいしない。上記じょうきで紹介しょうかいしたような、標的ひょうてきタンパク質たんぱくしつとは別べつの独立どくりつしたタンパク質たんぱくしつである一般いっぱん的てきなシャペロンとは異ことなる。 枯草かれくさ菌きんのプロテアーゼであるスブチリシンに含ふくまれるものがよく知しられる。

歴史れきし

分子ぶんしシャペロンという用語ようごが科学かがく分野ぶんやで最初さいしょに登場とうじょうしたのは1978年ねんのLaskeyらの論文ろんぶんであるといわれている。この論文ろんぶんの中なかでは、ヒストンとDNAの間あいだに生しょうじる不正確ふせいかくなイオン性せいの相互そうご作用さようを阻止そしする働はたらきを持もつタンパク質たんぱくしつを指さす言葉ことばとして紹介しょうかいされていた。このタンパク質たんぱくしつは、現在げんざいでは分子ぶんしシャペロンの一ひとつとしてヌクレオプラスミンと名なづけられている。分子ぶんしシャペロンという単語たんごが、現在げんざいのように、ヌクレオプラスミンだけではないより広範こうはんなタンパク質たんぱくしつ群ぐんを指さす言葉ことばとなるのは、更さらなる歳月さいげつを必要ひつようとした。

その理由りゆうとして、1950年代ねんだいから1970年代ねんだいまで、タンパク質たんぱくしつのフォールディングは分子ぶんしシャペロンのような外的がいてき因子いんしなしで成立せいりつすることが一般いっぱん的てきであるとされていた点てんが挙あげられる。すなわち、タンパク質たんぱくしつのフォールディングはそのアミノ酸あみのさん配列はいれつのみに依存いぞんすると考かんがえられていた(アンフィンセンのドグマ)。アンフィンセンのドグマは、リボヌクレアーゼのリフォールデング実験じっけんに基もとづいてアンフィンセンらにより発表はっぴょうされた。また、同どう時期じきに別べつの研究けんきゅうグループが、核酸かくさんとタンパク質たんぱくしつ（タバコモザイクウイルスや原核げんかく生物せいぶつのリボソーム)を試験しけん管内かんないで混合こんごうした結果けっか、それらが自発じはつ的てきに会合かいごうして元もとの構造こうぞうと機能きのうを再生さいせいすることを報告ほうこくした。一方いっぽうで、バクテリオファージのカプシドタンパク質しつの会合かいごうには分子ぶんしシャペロンのGroELが必要ひつようであることは知しられていたが、一部いちぶの例外れいがい程度ていどにしか考かんがえられていなかった。

1980年代ねんだいに入はいると、分子ぶんしシャペロンの重要じゅうよう性せいを示唆しさする研究けんきゅう結果けっかが現あらわれ始はじめた。その中なかで重要じゅうようなものは2つある。第だい一いちに、HSP70やHSP90といったヒートショックタンパク質しつが発見はっけんされ、しかも、ヌクレオプラスミン様さまの働はたらきがあることが予想よそうされるようになった。特とくに、HSP70においては、基質きしつ間あいだの不適切ふてきせつな相互そうご作用さようを最小限さいしょうげんに抑おさえる働はたらきや、基質きしつのフォールディング、アンフォールディング、会合かいごう、脱だつ会合かいごうを助たすける働はたらきが示唆しさされた。第だい二にに、植物しょくぶつ生化学せいかがく者しゃのエリス（R. John Ellis）が、後のちに分子ぶんしシャペロンと同定どうていされることになる、リブロース1,5-ビスリン酸さんカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(ルビスコ)サブユニットを基質きしつとするタンパク質たんぱくしつを発見はっけんした。こと頃ごろのエリスの発見はっけんは具体ぐたい的てきには、新規しんきに合成ごうせいされたサブユニットに結合けつごうするオリゴマータンパク質しつが存在そんざいすること、このオリゴマータンパク質しつの結合けつごうはサブユニットがホロ酵素こうそに組くみ込こまれるまでの一時いちじ的てきなものであることであった。これらの発見はっけんからエリスは、自発じはつ的てきな会合かいごうの例外れいがいとしかみなされていなかった会合かいごう補助ほじょタンパク質たんぱくしつが広範こうはんな生物せいぶつに存在そんざいすること、ポリペプチド鎖くさりの会合かいごうはそのタンパク質たんぱくしつの補助ほじょによって適切てきせつに制御せいぎょされていることを考かんがえ始はじめた。

1987年ねんに入はいり、分子ぶんしシャペロンという単語たんごは現在げんざいとほぼ同おなじ定義ていぎをされることになった。エリスは、ヌクレオプラスミンの機能きのうを説明せつめいするための分子ぶんしシャペロンという用語ようごを、ヌクレオプラスミンと同おなじような機能きのうを持もつタンパク質たんぱくしつ全般ぜんぱんとして使用しようするよう提案ていあんしたのだ。コペンハーゲンのカールスバーグ研究所けんきゅうじょで開催かいさいされたNATO Advanced Study Institute Plant Molecular Biologyでのことであった。このとき、エリスが発表はっぴょうした定義ていぎは(1)基質きしつとなるポリペプチド鎖くさりのフォールディングとオリゴマー構造こうぞうへの会合かいごうが正まさしく進すすむように介添かいぞえする；(2)基質きしつの最終さいしゅう構造こうぞうの一部いちぶにならないし、基質きしつの立体りったい構造こうぞうの指定していもしない、であった。

この発表はっぴょうの翌年よくねん、エリスはGroELのファミリーが生物せいぶつ一般いっぱんに広ひろく存在そんざいすると考かんがえ、このファミリーの分子ぶんしシャペロンをシャペロニンと呼よぶことを発表はっぴょうした。というのも、エリスはHemmingsenらとともに植物しょくぶつのルビスコサブユニットに結合けつごうするオリゴマータンパク質しつが大腸菌だいちょうきんのGroELと相あい同どうであること同定どうていしていた。また、同どう時期じきにMcMullinらによって、GroEL抗体こうたいに交差こうさする分子ぶんし量りょう58,000-64,000のタンパク質たんぱくしつが酵母こうぼ、カエル、トウモロコシ、ヒトのミトコンドリアに共通きょうつうして存在そんざいすることが明あきらかにされていた。

関連かんれん項目こうもく

• オスモライト

外部がいぶリンク

• 東京工業大学とうきょうこうぎょうだいがく - 資源しげん化学かがく研究所けんきゅうじょ・生物せいぶつ資源しげん部門ぶもん/生物せいぶつ電子でんし化学かがく講座こうざ - 「単純たんじゅん明快めいかい！はじめての分子ぶんしシャペロン」（文系ぶんけい向むけ）・「分子ぶんしシャペロン - タンパク質たんぱくしつのケアテイカー」（理系りけい向むけ）