タンパク質間相互作用

タンパク質間相互作用 (PPI)

タンパク質間相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）とは、複数の異なるタンパク質分子が、特定の状態において互いに結びつき、特異的な複合体を形成する現象を指します。これは、単に物理的に隣接しているだけでなく、特定の機能や役割を果たすために協調して働くための重要なメカニズムです。

生物機能における重要性

細胞内で働く多くのタンパク質は、単独でその機能を発揮するわけではありません。構造を維持するタンパク質、代謝を触媒する酵素、細胞内外の信号を伝えるタンパク質、遺伝子の発現を制御する転写因子など、生命活動の多様なプロセスに関わる多くのタンパク質が、他のタンパク質や核酸などの生体高分子と相互作用することで、初めてその本来の機能を発揮します。したがって、個々のタンパク質が細胞内でどのような役割を果たしているのかを理解するためには、どのようなタンパク質と、いつ、どこで、どのように相互作用しているのかという情報が極めて重要となります。

研究の進展とインタラクトーム

近年、ゲノミクスやトランスクリプトミクスといった「オミクス」解析技術の発展に加え、特にプロテオーム解析（プロテオミクス）の技術が大きく進歩したことで、細胞内に存在する多様なタンパク質を網羅的に解析することが可能になりました。これにより、特定の条件下や生物種において、どのようなタンパク質間相互作用が存在するのかを大規模に検出する研究が盛んに行われています。

このような大規模な相互作用情報の集合体は「インタラクトーム」と呼ばれ、これは生命システムの複雑性を理解するための重要なデータとなります。インタラクトームを構成する個々の相互作用を点（タンパク質）と線（相互作用）で結んだネットワークとして捉えることで、グラフ理論などの手法を用いた解析が行われ、生命システム全体の動作原理や疾患との関連性を明らかにする試みが進められています。

相互作用を検出する実験法

タンパク質間相互作用を実験的に検出する方法は多岐にわたり、目的に応じて様々な手法が使い分けられています。基本的な考え方は、タンパク質分子が物理的に結合している状態、あるいは空間的に非常に近い位置にあることを示すことです。

代表的な手法をいくつか挙げます。

Two-hybrid 法 (Y2H)：酵母などの細胞内で、目的の二つのタンパク質をそれぞれ特定の領域に融合させ、両者が結合した場合にのみ検出可能なレポーター遺伝子が活性化される原理を利用します。
共免疫沈降法・プルダウンアッセイ：特定のタンパク質に対する抗体や、目的タンパク質に付加したタグを利用して、そのタンパク質と結合している複合体を細胞抽出液中から回収する方法です。回収した複合体を質量分析計で解析することで、結合している未知のタンパク質を同定することが可能です。
プロテインチップ：ガラス基板などに様々なタンパク質を固定し、そこに別のタンパク質を流して相互作用を検出するハイスループットな方法です。表面プラズモン共鳴 (SPR) や水晶振動子マイクロバランス (QCM) などの技術が用いられ、結合の有無だけでなく、結合・解離の速度論的解析も可能です。
立体構造解析：X線回折法やクライオ電子顕微鏡法などを用いて、相互作用しているタンパク質複合体の原子レベルでの詳細な立体構造を決定します。これにより、相互作用面の形状や結合に関わるアミノ酸残基などを明らかにできます。
ファージ・ディスプレイ法・in vitro virus (IVV)法：特定のタンパク質に結合する別のタンパク質を、ファージやウイルス粒子の表面に提示させてスクリーニングし、その遺伝子ごと回収する方法です。
ファーウェスタン法：電気泳動で分離したタンパク質をメンブレンに移した後、抗体の代わりにプローブとなるタンパク質を用いて特異的な結合を検出する、ウェスタンブロッティングの応用的な手法です。
クロスリンク (架橋) 法：複合体内のタンパク質分子間を化学的な低分子化合物で共有結合により固定し、複合体を安定化させる手法です。
蛍光消光法：特定の距離に存在する二つの分子間で蛍光エネルギーが移動し、蛍光が弱まる現象（蛍光共鳴エネルギー移動、FRETなど）を利用して、タンパク質間の近接や相互作用を検出します。

PPI情報データベース

大規模に検出されたタンパク質間相互作用の情報は、世界中の研究者によって収集・整理され、公開データベースとして提供されています。主なデータベースには、BIND、DIP、MINT、HPRD、IntActなどがあります。また、日本のヒト遺伝子データベースである H-Invitational Database では、PPI view として関連する相互作用情報を閲覧できます。さらに、疾患治療薬の開発ターゲットとなりうるタンパク質間相互作用に特化したデータベースとして Dr. PIAS なども存在します。

これらの実験手法やデータベースによって得られるタンパク質間相互作用の情報は、生命システムの理解を深め、疾患メカニズムの解明、そして新たな治療法や薬剤の開発へと繋がる重要な基盤となっています。

タンパク質間相互作用