HEATリピート

HEATリピート

HEATリピート（ひーとりぴーと、英語: HEAT repeats）は、多くのタンパク質に見られる特徴的な繰り返し配列構造です。約30から40個のアミノ酸残基からなる基本的なユニットが二本のヘリックスから構成され、これが何度も繰り返されることで、柔軟性に富んだソレノイド状の立体構造を形成します。この構造は、タンパク質間の相互作用などにおいて重要な役割を果たします。

名称の由来

「HEAT」という名称は、この繰り返し配列構造を共有する代表的な4つのタンパク質の頭文字に由来します。具体的には、ハンチントン病原因タンパク質であるHuntingtin、タンパク質合成に関わるElongation factor 3、主要なプロテインホスファターゼであるPP2AのAサブユニット、そしてシグナル伝達に関わるTOR1（target of rapamycin）です。これらの多様な機能を持つタンパク質が共通してHEATリピート構造を持つことから、この構造が細胞内の様々な生命現象に関与していることが示唆されています。

機能と構造解析

HEATリピート構造は、細胞内の非常に多岐にわたる機能を持つタンパク質に広く見られます。その機能は、核と細胞質間の分子輸送、染色体の構造維持や分配、シグナル伝達、DNAの修復や複製、細胞骨格の制御、翻訳など、細胞生命活動の根幹に関わるプロセスに及びます。代表的なHEATリピートタンパク質としては、核-細胞質間輸送を担うインポーチンβファミリー、染色体構造に関わるコンデンシンやコヒーシンの制御サブユニット、細胞分裂を調節するセパレース、DNA損傷応答に関与するATMやATRといったPIKKsファミリー、微小管の機能に関わるXMAP215/Dis1/TOGやCLASPなどが挙げられます。このように、HEATリピートは多様な分子との相互作用を介して様々な cellular event を調節する足場や結合部位として機能することが多いと考えられています。

これまで、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡解析などにより、数多くのHEATリピートタンパク質の立体構造が解明されています。これらの構造情報から、HEATリピートがどのように特定のタンパク質や核酸、脂質などと結合し、その機能を発揮しているのかが明らかになってきています。構造が詳細に解析されているHEATリピートタンパク質の例を、その関わる機能カテゴリー別に以下に示します。

タンパク質修飾・分解: PP2AのAサブユニット、SCFユビキチンリガーゼ複合体阻害因子Cand1、26SプロテアソームシャペロンHsm3
核-細胞質間輸送: インポーチンβ、エクスポーチンCse1、トランスポーチン１、ヌクレオポリンの一部 (Gle1, Nup188, Nup192)
転写制御: TFIIDサブユニットTAF6、TBP制御因子Mot1、転写開始因子Rrn3
翻訳制御: 真核生物の翻訳伸長因子eEF3、翻訳開始因子eIF4G、アミノアシルtRNA受け渡し因子Cex1p
DNA修復: DNA-PK、FANCF、AlkD、PIKKsコシャペロンTel2
染色体制御: コヒーシンサブユニットSA2/Scc3、コヒーシンローディング因子Scc2、NIPBL/Mis4-STAG1/Psm3複合体、コヒーシン動態制御因子Wapl、Pds5、コヒーシン切断因子Separase、コンデンシンサブユニットCAP-G/ycg1、CAP-D2/ycs4
細胞骨格制御: 微小管結合タンパク質TOG/Stu2
細胞増殖制御: TOR
* その他: アポトーシス抑制因子API5、V型ATPaseサブユニットH、自己抗原Ro、symplekin、癌抑制遺伝子Tsc1、CSN7、PI4キナーゼ複合体サブユニットEFR3、LEDGFのIBD

類似構造

HEATリピートと同様に、複数のヘリックスが繰り返されてソレノイド状構造を形成するタンパク質リピート配列には、アルマジロリピート（Armadillo [ARM] repeat）やPUFリピート（Pumilio/fem-3 mRNA binding factor [PUF] repeat）など類似の構造を持つものが知られています。これらのリピートも多様な機能に関与しており、HEATリピートと共にタンパク質の機能多様性に寄与する重要な構造モチーフです。

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