超好熱性古細菌におけるDNA/RNA結合タンパク質の網羅的予測と同定

　藤島らは、機能未知タンパク質群の中に隠れたDNAやRNAに結合する新しいタンパク質を探していた。生命プロセスの中核ともいえるセントラルドグマは、RNAポリメラーゼや転写因子といった転写に関わるタンパク質や、リボソームを中心とする翻訳因子群といった無数の核酸結合タンパク質群による連続的な反応によって支えられているからである。また古細菌と呼ばれる、最も原始生命に近いとされる生物群のDNA/RNA結合タンパク質を網羅的に予測することで、生命の源泉により近いタンパク質を発見できるのではないか、という期待もあった。

　そこで注目したのは『アミノ酸の周期性』である。核酸結合タンパク質とアミノ酸配列の周期性に関連があることは、2003年に金井教授らによって指摘されている。この周期性を指標に用いると、配列の相同性に頼らずとも核酸結合タンパク質の予測が可能になると考えたのである。

　この新規予測手法の検証には、深海の熱水噴出孔付近に生育し原始生命に近いとされるモデル生物、超好熱性古細菌Pyrococcus furiosus (パイロコッカス)を用いた。まず、機能既知タンパク質を核酸結合タンパク質とそれ以外に分け、同じ性質を持つアミノ酸の頻度から周期を計算した。ここで得られた値から、サポートベクターマシン(SVM)と呼ばれる判別分析手法を用いてアミノ酸周期性スコア（PD score）を定義した。同様にアミノ酸使用頻度スコア（CO score）を定義し、これら２つの指標を同時に用いることで新規DNA/RNA結合タンパク質の予測に挑戦した。

　機能未知タンパク質994個に手法を適用した結果、151個の核酸に結合する可能性の高い候補タンパク質がリストアップされた。この中からランダムに７つのタンパク質を選んで核酸結合実験を行ったところ、6つのタンパク質がDNAあるいはRNAに対する結合性を示した。情報学的手法による網羅的な予測と分子生物学に基づく実験的検証を組み合わせることで、実に88%という高い精度での予測に成功したのである。

　さて、ではこれらの核酸結合タンパク質は細胞内でいったいどのような役割を担っているのだろうか。今回パイロコッカスにおいて同定された新しいDNA/RNA結合タンパク質について、ターゲットDNA/RNAの同定やタンパク質間相互作用など、詳細な機能を解析することで細胞内での振る舞いを明らかにしていきたい。そこから、少しでも生命の源泉に近づくことができたら、と藤島らは語った。

参考文献：

1. Kanai A, Oida H, Matsuura N, Doi H. (2003) Expression cloning and characterization of a novel gene that encodes the RNA-binding protein FAU-1 from Pyrococcus furiosus. Biochem J. 372(Pt 1):253-61.

＜図の説明＞　機能未知タンパク質群のアミノ酸の周期性と頻度のスコアに基づいた２次元プロットにおける分布。実験的に核酸結合性が検証されたタンパク質（赤）、核酸結合性が認められなかったタンパク質（黒）、その他の機能未知タンパク質（緑）を示す。閾値は図1と同様に信頼性に基づいて３つのグループにタンパク質を分ける際の閾値を示している．CO+PDスコアが0.6以上のタンパク質が核酸結合タンパク質である可能性は88%である。

[　編集：　小川 雪乃　]