タンパク質は、細胞内で膨大な頻度を実行する不可欠な分子機械です。それらは、化学反応の触媒から分子の輸送、構造的支持を提供することまで、すべてにおいて重要な役割を果たします。しかし、タンパク質がタスクを実行する正確なメカニズムは、治療目的のためにそれらを操作する努力を妨げているとらえどころのないままです。
Biochemist and Molecular and細胞生物学の教授であるJennifer Doudnaが率いる研究チームは、CRISPR-CAS9遺伝子編集技術での画期的な研究で広く知られていますが、活動中のタンパク質の詳細な画像をキャプチャするCryo-Electron顕微鏡（CRYO-EM）と呼ばれる技術を使用しました。 Cryo-EMにより、研究者は、結晶化やその他の侵襲的技術を必要とせずに、自然状態の生物学的分子を視覚化できます。
Cryo-EMと計算モデリングと生化学的アッセイを組み合わせることにより、研究者は、機能サイクル中にタンパク質が受ける動的な立体構造変化に対する高解像度の洞察を得ました。この理解は、指定されたタスクを実行する際にタンパク質内の複雑な動きと相互作用を明らかにする一連のスナップショットをキャプチャすることに似ています。
「多くのタンパク質については、構造を知っていますが、それらがどのように機能するかはわかりません。これらの動的なタンパク質運動をキャプチャすることにより、タンパク質が最も基本的なレベルでどのように機能するかを理解し始めることができます」とDoudnaは声明で説明しました。
研究者は、遺伝子編集と調節に関与するRNA誘導ヌクレアーゼと呼ばれるタンパク質のクラスに特に焦点を当てていました。 cryo-emを使用して、これらのヌクレアーゼがどのように特定のRNA配列を認識して結合するかを観察し、その後、RNAを正確に操作して細胞機能を実行することができました。
タンパク質のダイナミクスとメカニズムのこの詳細な理解は、新薬と治療法の設計に即座に意味があります。タンパク質の複雑な分子振り付けを解読することにより、科学者はそれらを合理的に操作して有益な機能を強化したり、有害な活動を抑制したりすることができます。たとえば、このアプローチは、より効果的なタンパク質治療薬、産業用途向けの酵素、およびタンパク質機能障害によって引き起こされる疾患の診断ツールの開発につながる可能性があります。
ジャーナルNatureに掲載された研究の調査結果は、タンパク質機能を理解する上での大きな前進を表し、人間の健康とバイオテクノロジーの利益のためにこれらの分子機械を操作するための強力なツールキットを提供します。
結論として、カリフォルニア州バークレーの研究者によって達成されたブレークスルーは、分子レベルでのタンパク質操作の理解に革命をもたらしました。 Cryo-EMを使用してタンパク質のダイナミクスとメカニズムを視覚化することにより、科学者は現在、テーラード特性を備えたタンパク質を設計およびエンジニアリングするための知識とツールを所有しており、治療的介入と技術革新の新しい道を開きます。
