フィブロネクチンIII型ドメイン

フィブロネクチンIII型ドメイン（英: Fibronectin type III domain, FNIII, FN3）は、タンパク質を構成する構造単位の一つです。最初に細胞外マトリックスとして重要な役割を担うタンパク質であるフィブロネクチンの内部に見られる繰り返し構造として発見されたことに由来します。その後、このドメインがフィブロネクチンだけでなく、他の多くのタンパク質にも広く存在することが明らかになりました。

構造と特徴

フィブロネクチンIII型ドメインは、およそ100個のアミノ酸残基から構成されるコンパクトで安定した構造体です。特徴的な立体構造として「βサンドイッチ構造」を持っています。これは、複数のβシートが互いに向き合うように配置された構造であり、抗体分子などが持つ免疫グロブリンドメインと類似したフォールディングを示します。この構造的類似性は、両ドメインが進化的に関連している可能性を示唆しています。

命名に関する補足

タンパク質の機能的または構造的な単位を指す用語として「ドメイン（domain）」が広く使われますが、このフィブロネクチンIII型ドメインに関しては、より小さな繰り返し単位を指す「モジュール（module）」あるいは「繰返し（repeat）」という用語の方が、文脈によっては適切であると考えられています。これは、より大きな単位を指してドメインと呼ぶ場合に（例えば「ヘパリン結合ドメイン」のように）、一つの「ドメイン」が複数のフィブロネクチンIII型「モジュール（繰返し）」から構成される場合があるためです。

発見の歴史

フィブロネクチンというタンパク質自体は1973年に発見されました。その内部構造の詳細な解析は1980年代に進められました。1983年、デンマークのオーフス大学の研究チームを率いるトーベン・ピーターセンらは、当時の主流であったタンパク質化学の手法を用いてフィブロネクチンの一次構造（アミノ酸配列）解析を進めました。解析がまだ半分程度しか完了していなかったにもかかわらず、彼らはフィブロネクチンの一次構造内に3種類の異なる繰り返し単位が存在することを発見し、これらをフィブロネクチンI型、II型、III型ドメインと命名して発表しました。この早期の発表の背景には、より迅速にタンパク質の配列を決定できるDNAシークエンシング技術が世界的に普及し始めており、競争が激化していた状況がありました。彼らはその後もタンパク質化学的なアプローチを続け、1986年にはフィブロネクチンの全一次構造を決定し、フィブロネクチンIII型ドメインが合計15個存在することを報告しました。一方、1984年には、アメリカのマサチューセッツ工科大学のリチャード・ハインズの研究室が、DNAシークエンシングを用いて独自にフィブロネクチンの全一次構造を解読し、同様にこれらの繰り返しドメインの存在を確認しました。

広範な分布とその意義

フィブロネクチンIII型ドメインは、フィブロネクチンといった細胞外マトリックス構成成分だけでなく、非常に多岐にわたる種類のタンパク質に含まれています。動物においては、コラーゲンやテネイシン、チチンのような構造タンパク質、様々な受容体（増殖因子受容体、サイトカイン受容体など）、細胞接着分子、シグナル伝達分子などに多数見られます。さらに驚くべきことに、酵母、植物、細菌といった生物種を越えてこの類似ドメインが見出されています。このような広範な分布は、このドメインが生物の進化の過程で機能的に非常に重要であり、その構造と機能がよく保存されてきたことを強く示唆しています。個々のタンパク質においては、このドメインが他の分子との相互作用や構造的な柔軟性に関与するなど、多様な機能を発揮していると考えられます。

応用

フィブロネクチンIII型ドメインの安定した構造と、特定の分子に結合する性質に着目し、医療分野への応用研究が進められています。特に、このドメインを基盤として、特定の標的分子に高親和性で結合するように改変された人工的なタンパク質（モノボディ、アドネクチンなど）が開発されており、これらは新しいタイプの抗体医薬品として期待されています。

フィブロネクチンIII型ドメイン