グルタチオン-S-トランスフェラーゼ

グルタチオン S-トランスフェラーゼ (Glutathione S-transferase, GST)

グルタチオン S-トランスフェラーゼ（GST）は、本来は細胞内で様々な親水性分子とグルタチオンを結合させる酵素群ですが、遺伝子工学の研究分野においては、目的とするタンパク質を効率的に扱えるように付加される「タグ」として非常に重要な役割を果たしています。

GSTタグの特徴と利用

GSTタグとして一般的に用いられるのは、約26キロダルトン（kDa）の比較的小さなタンパク質で、特に日本住血吸虫（Schistosoma japonicum）由来のものがよく利用されます。目的のタンパク質のN末端またはC末端にGST遺伝子を融合させた形で発現させることで、目的タンパク質にGSTタグが付加された「融合タンパク質」を調製します。

GSTタグによる精製

GSTタグの最大の利点は、その高い精製効率にあります。GSTは酵素として基質であるグルタチオンに対して強い親和性を持っているため、研究室で広く用いられているアフィニティークロマトグラフィー（親和性クロマトグラフィー）を利用することができます。具体的には、グルタチオン分子を固定化した特殊な担体（カラム）に、GSTタグ付きの融合タンパク質を含む細胞抽出液などを流します。すると、GSTタグを持つ融合タンパク質だけがカラム上のグルタチオンに特異的に結合し、他のタンパク質や夾雑物は洗い流されます。その後、高濃度のグルタチオン溶液などを流すことで、カラムに結合していた融合タンパク質を溶出させ、高純度な目的タンパク質を容易に回収することが可能です。この手法は迅速かつ簡便であり、様々な研究用途で利用されています。

GSTタグによる検出

精製だけでなく、GSTタグは目的タンパク質の検出や解析にも有用です。GSTタグに対する特異性の高い抗体が存在するため、ウェスタンブロッティングによって目的タンパク質の存在を確認したり、細胞内の発現量を測定したりすることができます。また、免疫沈降法を用いることで、GSTタグを介して目的タンパク質を含む複合体を単離・解析することも可能です。

他のタグとの比較とタグ除去

タンパク質タグとしては、GSTの他にもMBP (maltose binding protein)、Hisタグ、GFP (green fluorescent protein) など、多くの種類があります。GSTタグはこれらのタグと比較して、特に融合させる目的タンパク質のN末端に結合させた場合に、融合タンパク質全体の溶解性を向上させ、安定した状態で回収できる可能性が高いという利点を持つことがしばしば報告されています。これにより、大腸菌などの宿主細胞で発現させた際に不溶性の封入体となってしまうリスクを低減できます。

さらに、多くのGST融合タンパク質発現システムでは、GSTタグと目的タンパク質の連結部分に、特定のプロテアーゼ（例えば、PreScission Protease、Thrombin、TEV proteaseなど）によって認識され切断される配列（プロテアーゼ認識サイト）が組み込まれています。アフィニティー精製によって高純度に回収した融合タンパク質に対し、このプロテアーゼ処理を行うことで、GSTタグ部分のみを酵素的に切り離し、タグを含まない純粋な目的タンパク質だけを単離することが可能です。これは、タグが存在することで目的タンパク質の機能や構造に影響が出る可能性がある場合に非常に有効な手法です。

まとめ

このように、GSTタグはグルタチオン親和性による効率的な精製、特異抗体を用いた検出、そしてプロテアーゼによるタグ除去の可能性といった複数の利点を兼ね備えており、分子生物学や生化学研究において目的タンパク質の取得・解析を進める上で不可欠なツールの一つとなっています。

関連項目
アフィニティークロマトグラフィー
Hisタグ
タンパク質タグ
ウェスタンブロッティング
* 免疫沈降法

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