ロイシンジッパー

ロイシンジッパー (Leucine Zipper)

ロイシンジッパーは、タンパク質が特定の構造をとるためのモジュールの一つであり、特に平行に配置された二つのαヘリックスが互いに強固に結合し、安定した複合体を形成する力を生み出します。この構造は、細胞内で多くの重要な機能を担うタンパク質、特に遺伝子の発現を調節する転写因子などが、機能を発揮するために二つの分子が結合し、二量体を形成する際に中心的な役割を果たします。

この構造モチーフは、真核生物において広く観察されますが、一部の原核生物のタンパク質にも見られます。

構造的特徴

ロイシンジッパーは、タンパク質の高次構造における「超二次構造」として分類され、二つのタンパク質鎖が結合して二量体化するドメインとして機能します。その構造的な最大の特徴は、アミノ酸配列において、特定のパターンでロイシン残基が出現することです。具体的には、7つのアミノ酸残基を一つの単位とした繰り返し配列があり、この単位の4番目の位置に、ほぼ例外なくアミノ酸のロイシンが配置されています。

ロイシンジッパーの存在は、当初、7残基おきにロイシンが連続して出現する転写因子の共通配列パターンとして初めて認識されました。その後の研究により、これらの周期的に現れるロイシン残基が、二つのαヘリックスが互いに巻き付く「コイルドコイル」構造の中心部に、疎水性のコア（核）を形成していることが明らかになりました。この疎水性相互作用が、二つのヘリックスを強く引きつけ合い、安定した二量体構造を維持する駆動力となります。

ロイシンジッパーを形成するαヘリックスは、一般的なαヘリックスが一巻きあたり約3.6残基で構成されるのに対し、ややねじれが強く、一巻きあたり約3.5残基からなります。このわずかな違いが、全体として二つのヘリックスが規則正しく巻き付き合うコイルドコイル構造を可能にしています。この構造配置により、一方のヘリックスに存在するロイシン残基は、約2巻きごとに、相手側のヘリックス上の対応するロイシン残基と直接的に接触し、疎水性相互作用を介して結合を強化します。

生物学的な役割

ロイシンジッパー構造は、特にDNAとの結合を介して遺伝子発現を制御する転写因子に多く見られます。これらのタンパク質の一部は、「ベーシックジッパープロテイン（bZip）」ファミリーとして知られています。bZipタンパク質は、ロイシンジッパー領域のすぐ隣に、リジンやアルギニンといった塩基性アミノ酸が豊富に存在する領域を持っています。この塩基性領域は、DNA分子の主溝（major groove）と特異的に結合する能力を持ち、遺伝子の特定の配列（DNAモチーフ）を認識して結合します。

bZipタンパク質において、ロイシンジッパー領域は二つのタンパク質分子を会合させて二量体を形成する役割を担い、塩基性領域がこの二量体化された構造としてDNAに結合します。このように、ロイシンジッパーは転写因子がDNAに結合するために必要な二量体化というプロセスに不可欠なドメインです。

ロイシンジッパー構造を持つ代表的な転写因子には、細胞の増殖、分化、アポトーシス（プログラムされた細胞死）といった生命活動の根幹を制御する重要なものが含まれます。例えば、c-Fosとc-Junはヘテロ二量体を形成してAP-1複合体として機能し、様々な遺伝子の発現を調節します。また、Myc、Max、Mxdファミリーのタンパク質もロイシンジッパーを利用して複合体を形成し、細胞周期制御やがんの発生に関与します。

これらの転写因子は、細胞の正常な機能にとって非常に重要であるため、その量や活性が適切に制御される必要があります。もし、これらのタンパク質が過剰に生産されたり、構造や機能に致命的な変異が生じたりすると、細胞の制御機構が破綻し、細胞の異常な増殖を引き起こすなど、がんの発生や進行につながる深刻な影響をもたらす可能性があります。したがって、ロイシンジッパーは、細胞の生命活動を支える基本的な分子メカニズムの一端を担う、極めて重要な構造モチーフと言えます。

もう一度検索