岩田想 医学研究科教授、濱崎直孝 長崎国際大学薬学部客員教授らは、ヒトの赤血球における酸素の輸送に重要な役割を担っている「band3（バンド3）」という膜たんぱく質の立体構造を原子レベルで解析することに成功しました。
本研究成果は、2015年11月6日（米国时间）に米国科学誌「厂肠颈别苍肠别」誌のオンライン版で公开されました。
研究者からのコメント
このような详细な立体构造の情报を基に、赤血球の酸素や二酸化炭素の运搬机构や遗伝性の血液疾患の解明がさらに进み、将来、バンド3の机能を制御するための薬剤の分子设计や人工血液の开発などにもつながることが期待されます。
本研究成果のポイント
- 抗体を用いる独自の结晶化技术により、ヒトの赤血球において酸素および二酸化炭素の输送にかかわる膜たんぱく质（バンド3）の立体构造を解明した。
- 立体构造情报から、バンド3の输送机能が明らかになり、疾患に関係する部位や、バンド3の机能と构造変化の関係が示唆された。
- 遗伝性贫血などの疾患が発症する仕组みの解明や薬剤の分子设计につながると期待される。
概要
血液中に含まれる赤血球は、生命维持に必须の酸素を肺から体内に循环しています。これまでの研究から、赤血球は血液中の二酸化炭素を取り込み、赤血球内で重炭酸イオンと水素イオンに分解し、赤血球内の辫贬を変化させることで、ヘモグロビンに结合した酸素の放出を促すことが知られています。赤血球の膜（赤血球膜）に存在する膜たんぱく质「バンド3」は、赤血球内で生成した重炭酸イオンを外に放出し、代わりに塩素イオンを取り込む「交换输送」を担っており、赤血球が适切な量の酸素を组织へ供给するのに欠かせない役割を担っています。
本研究グループでは、抗体フラグメントを结晶化の促进因子として用いる独自技术により、ヒトのバンド3を结晶化することに成功し、その立体构造を原子レベルで解明しました。得られた立体构造は、赤血球膜を贯通する7本のヘリックスの束でドメインを构成し、二つのドメインが逆向きに繰り返す构造を持っていました。このような二つのドメイン构造は、アミノ酸配列はあまり似ていないものの、ウラシル输送体の立体构造と似ていることが分かりました。そこで、バンド3とウラシル输送体の立体构造を详しく比较したところ、片方のドメイン（コアドメイン）が动くことで、バンド3は塩素イオンを取り込み、重炭酸イオンを放出することが示唆されました（図）。また、赤血球の疾患に関係する変异が、このコアドメインに集中して存在することも明らかになりました。
図 バンド3の輸送機能予測モデル
バンド3は、赤血球の外侧に开いた状态で、阻害剤が结合し全体の立体构造を安定化している。この外向きの状态に、血液中の塩素イオン（緑色のボール）がバンド3のコアドメイン（黄色）に结合し、コアドメインが动くことで赤血球内に塩素イオンが取り込まれる。重炭酸イオン（白と赤のボール）は塩素イオンの代わりにバンド3に结合し、コアドメインが动くことで、重炭酸イオンが赤血球の外に放出される。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Takatoshi Arakawa, Takami Kobayashi-Yurugi, Yilmaz Alguel, Hiroko Iwanari, Hinako Hatae, Momi Iwata, Yoshito Abe, Tomoya Hino, Chiyo Ikeda-Suno, Hiroyuki Kuma, Dongchon Kang, Takeshi Murata, Takao Hamakubo, Alexander D. Cameron, Takuya Kobayashi, Naotaka Hamasaki, So Iwata
"Crystal structure of the anion exchanger domain of human erythrocyte band 3"
Science, Vol. 350 no. 6261 pp. 680-684, 6 NOVEMBER 2015
- 京都新聞（11月6日 27面）および科学新聞（12月1日 2面）に掲載されました。
