細胞内でタンパク質を分解する巨大な酵素を発見

岸本 20世紀の分子生物学というのは、タンパク質がどう作られるか、あるいはそれがどういう働きをしているか、という研究が主でした。田中先生はそれを生のほうのタンパク質の研究やと言われていますね。それが21世紀に入って、タンパク質はどう壊されるかというのが非常に重要やとなってきました。その代表が先生のユビキチン・プロテアソーム系と、大隅良典先生のオートファジーですけど、それはそうですな、作るばっかりで壊されなかったらどうにもならないわけで。先生がプロテアソームの研究を始められたのはいつ頃からですか。

田中 私の先生は市原明先生でアミノ酸代謝を研究されていました。私が1972年に徳島大学の大学院に入ったとき、市原先生に「これからはアミノ酸代謝では生きていけんよ。君はタンパク代謝にしなさい」と言われました。それでタンパク代謝を生体に近いシステムでやりたいということで、培養肝細胞の研究をやっていたんです。
先生もご存知のように酵素学としてのプロテアーゼ（タンパク質分解酵素）の研究というのは歴史は古かったんですけど、それではバイオロジーにはあまり結びつかない。私の最大の興味は、タンパク質にはそれぞれ寿命があるということで、タンパク代謝を研究するならこれが重要じゃないかと思っていたんです。そうこうするうち、77年にハーバード大学のまだ若い教授だったゴールドバーグが網状赤血球のタンパク質分解にエネルギーが要るという論文を発表しまして、これこそバイオロジーに結びつく研究じゃないかと。それで81年に彼のところに留学するんですけど、そのときはすでにゴールドバーグの系を用いてイスラエルのハーシュコたちがユビキチンのシステムを見つけていました。確かにタンパク質が壊されるとき、ユビキチンが結合するのにエネルギーを使うんです。ただ、留学している2年間の間に、ユビキチン化したタンパク質の分解もまた完全なエネルギー依存性であることがわかりまして、83年にエネルギー依存性には2つの段階があることを論文で書きました。それがきっかけだったですね。

岸本 プロテアソームの研究は、アメリカに行ってから始まったんですか。

田中 そうですね。当時、細胞内の分解酵素というのはほとんどリソソームが中心だったんですけど、細胞質に非常に巨大な酵素があるという報告がいくつかあったんです。それでエネルギー依存性の分解には2つの段階があるという論文を発表したときにゴールドバーグと話したのも、この巨大な酵素が関係しているかもしれないということでした。彼はこの酵素の生理学をやり、私はこの酵素の分子的実体を突き止めるということになって、日本に帰ってきたのですね。この酵素は不安定で誰も精製できなかったんですが、グリセリンを加えると非常に安定化するのを見つけて…。

岸本 プロテアソームの実体を精製されたわけですね。プロテアソームという名前は先生が付けられたんですか。

田中 名前はゴールドバーグと相談して、分離した酵素が普通じゃ考えられない大きさだったので、プロテアーゼ機能を持ったソーム（顆粒）ということで、88年に彼と連名で論文を出しました。それが最初ですね。

岸本 それがタンパク質としては一番大きなものですか。

田中 酵素複合体としてはたぶん一番複雑で大きいんじゃないかと言われています。その頃、生化学会でプロテアソームのことを発表しますと、構造を決めないとプロテアーゼかどうかわからないよと言われ、京大の中西重忠先生を紹介してもらいました。中西先生の部屋に行くと「プロテアソームなんて知らないよ」（笑）と。そこで説明すると、えらい興味を持ってくれまして総力を挙げて応援してくれることになりました。ともかくその酵素のバイオロジーというのは後にして、なぜエネルギーが要るのか、それがわからないということで、中西先生の遺伝子工学の技術を借りて、その後十数年かけてだいたい100ぐらいのサブユニットがあるんですけど、その7、8割を我々のラボで見つけていったんです。阪大の蛋白研の月原冨武先生にも協力していただいて、10年ぐらいかかったんですけど、触媒部位の構造解析もできまして、そうすると新しいタイプのスレオニン・プロテアーゼでした。なぜエネルギーが要るかですが、実はタンパク質の分解は加水分解反応ですから熱力学的法則としてエネルギーは要らない。結局、ユビキチン化したタンパク質を捕まえた後、触媒部位に運ぶときにタンパク質が立体構造を持っていると中を通過できないので、エネルギーはアンフォールディング、すなわち立体構造を壊してヒモ状にするために使っていることがわかったんです。

岸本 プロテアソームの構造は筒みたいになっていて、その筒がたくさんのサブユニットからできているわけですね。その前後に入り口と出口があるわけですか。真ん中で壊すわけですか。

田中 それはいつも聞かれるんですけど、幸いだったのは最初の電子顕微鏡写真を発表するとドイツのマックスプランク研究所のBaumeisterさんがプロテアソームの構造解析を一緒にやりたいと、徳島にやってきまして、それ以来今でも共同研究をさせてもらっています。彼の電子顕微鏡解析で、壊されるタンパク質にプロテアソームの入り口に入らないようなものを付けると、その両端に止まっているのでどちらも入り口だとわかりました。プロテアソームは、不思議なことが多かったんですが、ただ、タンパク化学の専門的な人たちからは興味を持っていただいたけれど、一般には変な酵素を研究しているなという程度だったですね（笑）。

岸本 2004年にユビキチンがノーベル賞をもらうまではそうだったですね。そのユビキチンが付いたタンパク質を分解するのがプロテアソームだということで、先生も朝日賞をもらい、日本学士院賞もおもらいになりましたね。

サブユニットの変換が起きる免疫プロテアソーム

岸本 あれはいつ頃だったですかね。新聞社から、インターフェロンで誘導される免疫プロテアソームというのが見つかったそうですけど記事にする値打ちはありますか、と電話があったとき、「僕は知りませんよ。それは何ですか」と答えました（笑）。インターフェロンが作用したら、プロテアソームの構造が変わるというけど何が変わるわけですか。

田中 プロテアソームはタンパク質を捕まえる調節ユニットと分解する触媒ユニットからできていますけど、触媒ユニットはα、βリングがα、β、β、αの順で結合していて、αリングは普通は閉じて無闇にモノが入ってこないようにブロックしているんです。触媒部位はβリングの内側にあります。

岸本 βのところで壊すわけ？

田中 βリングはβ1からβ7までのサブユニットからできていて、そのβ1、β2、β5に触媒部位があって、それぞれカスパーゼやトリプシンやキモトリプシンといった分解活性を持っている。ところがβリングは7つのサブユニットからできているのに脊椎動物の遺伝子は10あることに我々は気づいたんですね。それでインターフェロンで処理すると、3つのサブユニット（β1、β2、β5）が消えて3つのサブユニット（β1i、β2i、β5i）が現れることを見つけました。その遺伝子をクローニング（単離）すると非常に相同性があって入れ替わっていることがわかったので、免疫プロテアソームと名付けて94年に発表したんです。免疫システムというのは本当によくできていて、触媒のサブユニットを入れ替えることによって、感染したウイルスに由来するペプチド（タンパク質の一部）などの内在性抗原を効率的に切り出すことができるようになるんですね。免疫プロテアソームの発見は、プロテアソームのバイオロジーのはしりで、あれで多くの免疫学の人たちからも興味を持っていただきました。相前後してユビキチンの研究が爆発的に発展しまして、いっきに生命科学の中枢に。

岸本 胸腺プロテアソームやハイブリッドプロテアソームというのもありますね。

田中 胸腺プロテアソームは、胸腺皮質でのTリンパ球のポジティブセレクションに必要なペプチドを切り出す酵素として2007年に発表しました。

岸本 それもβリングのサブユニットが違うわけですか。

田中 そうです。β5が胸腺の皮質ではβ5tという独自なものに変わっていて活性がまったく違うんです。これらに関係して昨年、すごく大きな発見がありました。日本には皮膚の疾患で中条・西村症候群という全身性炎症をきたす難病がありまして、その原因が分かったんです。家系調査をして長崎大学と徳島大学のグループが別々に免疫プロテアソームのサブユニットβ5iに変異があることを見つけました。それを調べると、その変異が起こるとインターロイキン6が過剰に生産されて、それが病気の原因であることがわかりました。

岸本 なんでそのサブユニットが変わったら…。

田中 なぜというのがなかなか説明できなかったんですが、一方で我々はプロテアソームがどのように形成されるかを研究していまして、それが幸いしてその変異があると形成異常が起きてプロテアソームの機能が落ちることがわかりました。そうすると異常なタンパク質が蓄積して、ストレスが引き起こされインターロイキン6がものすごく増える。まさか私の研究が先生の専門のインターロイキン6に結びつくとは思っていなかったんですけど、それがプロテアソームの遺伝子変異による最初の疾患でした。

 

EYES

ユビキチン化されたタンパク質を分解する　　　　　　　　　　　　　　　　プロテアソームを発見し、その構造・機能を解析