融合タンパク質

融合タンパク質（ゆうごうたんぱくしつ、Fusion protein）とは、二つ以上の異なる遺伝子、あるいはその一部から得られる遺伝子配列が連結され、単一の翻訳単位として機能するよう設計・構築された遺伝子から発現する、一つの連続したアミノ酸配列を持つポリペプチド鎖を指します。これは主に遺伝子工学的手法を用いて人工的に作製されますが、自然界においても染色体構造の異常などによって偶然に生じ、重要な役割を果たしている例が知られています。

人工的に作製される融合タンパク質は、研究目的やバイオテクノロジーにおける応用を目的として、特定の遺伝子配列と他の遺伝子配列を体外（in vitro）で連結することにより生成されます。この操作は、通常、プラスミドなどの適切な遺伝子発現ベクターを用いて行われます。目的の遺伝子配列と、例えば機能タグやレポーター遺伝子などの別の遺伝子配列を連結し、それを適切な宿主細胞（大腸菌、酵母、昆虫細胞、哺乳類細胞など）に導入して発現させます。連結された遺伝子配列は、細胞内で単一のmRNA分子として転写され、その後、リボソームによって一つの連続したポリペプチド鎖、すなわち融合タンパク質として翻訳されます。

人工的な融合タンパク質の作製で最も一般的な目的の一つは、目的タンパク質の精製を容易にすることです。このために、目的タンパク質をコードする遺伝子配列のN末端またはC末端に、精製を補助するための「タグ」をコードする遺伝子配列を連結する手法が広く用いられています。代表的なタグとして、グルタチオンS-トランスフェラーゼ（GST）や、短いアミノ酸配列であるポリヒスチジン（Hisタグ）などがあります。GSTタグを付加した融合タンパク質は、グルタチオン担体に対する高い親和性を利用して、細胞抽出液から選択的に吸着・溶出させることで効率的に精製できます。同様に、Hisタグを付加した融合タンパク質は、ニッケルやコバルトなどの金属イオンを固定化した担体に対する親和性を利用する金属キレートクロマトグラフィーによって精製されます。これらのタグ融合技術は、煩雑な多段階精製プロセスを大幅に簡略化し、目的タンパク質の迅速かつ高効率な取得を可能にしました。精製以外にも、タグは特定の抗体を用いた検出、細胞内局在の可視化、タンパク質間相互作用の研究など、様々な用途に活用されています。

一方、自然界に存在する融合タンパク質は、通常、染色体構造異常、特に染色体転座によって偶然に形成された融合遺伝子に由来します。染色体転座とは、染色体の一部が切断され、他の染色体や本来とは異なる位置に誤って再結合する現象です。この異常な組換えによって、本来は離れて存在していた二つの遺伝子、あるいはその一部が連結され、一つの機能的な遺伝子として転写・翻訳される融合遺伝子が生成されることがあります。

このような自然発生的な融合遺伝子から生じる融合タンパク質の中には、細胞の機能に異常を引き起こし、特定の疾患の原因となるものがあることが知られています。特に、癌の発生や進展に関わる融合タンパク質が多数発見されています。例えば、白血病や肉腫など、様々な種類の癌において、特定の遺伝子の融合によって生成される異常なタンパク質が、細胞の増殖制御機構を破壊したり、細胞の生存シグナルを恒常的に活性化させたりすることで、細胞の無秩序な増殖（癌化）を引き起こすことが明らかになっています。これらの癌関連融合タンパク質は、疾患の診断におけるマーカーとして利用されたり、その機能を阻害する分子標的薬の開発ターゲットとなったりしています。

さらに、生物の進化の過程においても、遺伝子の融合が重要な役割を果たしてきたと考えられています。異なる機能を持つ複数の遺伝子やその機能ドメインが融合することにより、従来のタンパク質にはなかった新しい機能を持つ融合タンパク質が誕生し、生物の多様性や機能の複雑化に寄与したという説が提唱されています。このように、融合タンパク質は、人工的な遺伝子操作技術の強力なツールであるだけでなく、生命現象や疾患のメカニズム、そして生物の進化といった様々な側面において深く関わる、興味深いタンパク質群と言えます。

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