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創薬やバイオ研究の壁となる「難発現性タンパク質」

バイオテクノロジーの発展に伴い、タンパク質を人工的に合成する技術は日々進化しています。しかし、研究や創薬の現場では、細胞内でうまく合成できない、あるいは正常に機能しない「難発現性タンパク質」の存在が大きな課題となっています。これらは、その原因や性質によって主にいくつかの種類に分類されます。

難発現性タンパク質の主な分類

難発現性タンパク質は、その特徴によって主に以下の5つに分類されます。
① 水に溶けにくく細胞内で塊を作ってしまう「不溶性・凝集しやすいタンパク質」
② アミノ酸配列が原因でリボソームによる合成が途中で止まる「翻訳アレスト配列を含むタンパク質」
③ 糖鎖付加やリン酸化などの修飾が必要な「翻訳後修飾（PTM）が必要なタンパク質」
④ 発現するとホスト細胞を死滅させてしまう「細胞毒性タンパク質」
⑤ 複数のパーツが正しく組み合わさる必要がある「複数サブユニットからなる複合体」

カイコ蛹バキュロウイルス系が得意とする分類

これらの難発現性タンパク質の中で、「カイコ蛹によるバキュロウイルス系」が哺乳乳細胞系に近い品質で機能を発揮すると期待されるのが、③の「翻訳後修飾が必要なタンパク質」や、⑤の「複数サブユニットからなる複合体」、そして①に該当しやすく不溶性になりがちな「膜タンパク質」です。大腸菌などの単純な生物では合成が極めて難しいこれらの分類において、「カイコ蛹によるバキュロウイルス系」は非常に強力な解決策となります。また、 KAICOでは「昆虫細胞」ではなく、「カイコ蛹」を用いることで④の「細胞毒性タンパク質」発現についても得意としています。一般的に細胞由来の発現系は均一な形質(ホモ)の集団であり、細胞毒性を持つタンパク質に対して全ての細胞が等しく影響を受けます。一方、カイコ蛹は生体であるが故に様々な形質の細胞集団(ヘテロ)で構成されており、細胞毒性に対して比較的抵抗があります。

なぜカイコ蛹システムは難しいタンパク質が得意なのか

カイコ蛹によるバキュロウイルス系がこれらを得意とする理由は、カイコが高度な哺乳類に近い細胞環境を持つ真核生物だからです。これにより、複雑な折りたたみの補助や翻訳後修飾が可能になります(※ ただし、糖鎖修飾等は哺乳類とは異なります)。さらに、培養液の中で「細胞」を育てる一般的な方法とは異なり、カイコの「蛹の体（組織）」の中で直接タンパク質を作らせるため、培養槽の各種パラメータ(細胞密度、撹拌速度、成分濃度等)を原因とする合成トラブルが起きにくく、壊れやすい巨大な複合体や膜タンパク質でも、本来の正しい形のまま一度にたくさん回収することができます。

このような特徴を活かして、KAICOでは、今後も難発現性タンパク質の発現に取り組んでいます。