스크랩 당질 과학의 최전선··· 게놈 연구로부터 글리코 연구의 시대에

[정성기]

당질 과학의 최전선··· 게놈 연구로부터 글리코 연구의 시대에

--- 타니구치 나오유키 교수 인터뷰

 

인간게놈전염기 배열 결정의 날이 눈앞이 되어, 질병 관련 유전자의 해명이나 게놈창약등에의 응용에 대한 기대가 높아지고 있다. 당질 과학의 분야에 있어도, 근년 당쇄의 합성에 관련되는 다수의 당전이 효소의 유전자가 클로닝 되어 그 기능의 체계적인 해석도 진행되고 있다. 이러한 상황을 배경으로, 오늘의 당질 과학 연구의 초점은 다양한 당쇄구조의 의의나 그것을 합성하는 생체 조절 기구의 해명으로 향하고 있다.

　일본에 있어서의 복합 당질 연구는, 오랜 세월 문부성의 연구반에 모이는 연구자의 활약에 의해서 많은 성과 (을)를 주어 왔다. 현재는 「당쇄리모데링과 세포 커뮤니케이션」반이 이 연구를 계승해, 과제에 임하고 있다. 이 영역 대표자인 타니구치 나오유키 교수에 자신의 연구의 궤적, 최근의 관심사 및 향후의 당질 과학 연구의 과제등에 대해서 생각을 물었다.

선생님은 어떠한 경위로 당의 연구에 들어가졌습니까?

나는 호쿠다이 대학원에서 최초함황화합물의 케미스트리의 테마를 받아, 그 대표적 물질인 글루타치온의 연구에 들어갔습니다. 글루타치온은 산화·환원으로 가장 소중한 저분자화합물입니다만, 그것을 분해하는 효소,γ－그르타미르트란스페치다제(γ-GTP)의 분리와 정제가 나의 학위 논문이었습니다.그 후, 코넬대학 의학부의 대가 교수 및 호쿠다이 암연의 마키타 교수의 곳에서, 이 테마를 계속하고,γ-GTP의 암성 변화, 그 엔자이마틱인 메카니즘의 연구등을 중심으로 하고 있었습니다.

이γ-GTP하지만 당단백이었던 (뜻)이유군요

태자나 암세포로부터 정제 했다γ-GTP의 당쇄에는, 여러가지 헤테로제니티가 있는 것을 알았습니다만, 당시는 나의 곳에서 당쇄를 해석하는 힘이 없었습니다.정확히 그 무렵,γ-GTP당쇄에 흥미도 축 늘어찬 코바타 교수(당시 코베대학)로부터의 권유로 공동 연구하게 되어, 거기에 바이세크팅GlcNAc(을)를 찾아냈다는 것이, 현재의 연구에 들어간 계기로 짊어지는군. 그 후, 오사카 대학으로 옮기고 나서, 이 바이세크팅GlcNAc(을)를 만든다N-아세치르그르코사민 전이 효소(GnT), GnT-III의 활성 측정법을 개발해, 효소의 정제,cDNA 클로닝, 유전자 클로닝이라고 하는 식으로 진행되어 온 것입니다.

그γ-GTP당쇄의 연구는 어떻게 진행되었습니까?

γ-GTP의 당쇄는 주로 컴플렉스 타입입니다만, 쥐에서는 간안과등 잡은 것에만 바이세크팅GlcNAc하지만 많아, 정상적인 것은 거의 없는 것을 알 수 있었습니다.암이 되면GnT-III활성이 간장으로 100배 정도 증가합니다.이 효소는 정상의 간장에는 없습니다만, 신장에는 제일 많다.거기서, 쥐의 신장으로부터 이 효소의 정제를 시작했습니다만, 분리 정제에 3년 정도 걸렸어요. 그리고 당전이 효소의 유전자 클로닝에 성공했습니다.GnT-III의 다음에GnT-V(을)를 클로닝 했습니다만, 이것은 그저 1개월 정도후가 있어로 다른 그룹이 선행하고 있었습니다.그러나, 우리는 사람의 조직으로부터도 완전히 독립해 같은 효소를 취해, 유전자의 클로닝도 성공했습니다.

　이것에 이어α-1,6의 후코시르트란스페라제(FucT)(이)라고 하는,α페트프로테인(AFP)의 근본의 2개의GlcNAc에 후코스를 전이 하는 효소를 정제 했습니다. AFP그렇다고 하는 것은, 간암이 되면 증가합니다.그러나, 급성 간염이나 간경변등의라고 해도, 혈액안에 나옵니다.그러니까, 종양마커로서 물론 유용합니다만, 진단율은 6할 5푼에서 7할 정도 정도입니까. 그런데 ,α-1,6의 후코스가 붙었다AFP그렇다고 하는 것은, 간암에 꽤 특이적인 입니다.거기서α-1,6의 후코실의 기구를 아는 것은 재미있다고 하는 것으로, α-1,6FucT도 사람의 위암 세포와 돼지의 뇌로부터 정제 해 유전자 클로닝을 했습니다.

　암에서는 당쇄의 비교적 분기의 곳에 이상이 일어나므로, 그 효소에 우리는 흥미를 가지고 있습니다.즉, 흥미의 모두에게 분기가 관련되고 있습니다. 이상의 연구에서는, 우리는 이른바 EST를 사용한 동성애 연구학 클로닝이라고 하는 것은 일절 하고 있지 않아, 모두 단백을 취해 그 성질을 보고, 그리고 유전자 클로닝을 하려는 전략으로 하고 있습니다.

GnT에는 여러 가지 있는 것 같습니다만, 그 의의는 무슨 일입니까?

그렇네요.GnT-I그렇다고 하는 것은, 녹아웃 하면 죽음응은 있습니다.단지, 분기당쇄를 만든다GnT에III,IV,V라든가VI그렇다고 하는 것도 있습니다만, 이러한GnT에는 서로 동성애 연구학이 없어, 그러한 의미에서는, 오히려 새로운 유전자이군요.즉, 어떤 동물이라도 가지고 있는 것은 아니고, 이스트에는 없지만 선충같은 것에(이)는 일부 가지고 있다고 하는 것처럼.

　당쇄유전자라고 하는 것은 장기나 조직 또는 세포에 의해서, 각각 완전히 스페시픽크에 발현하는 것이군요.그러니까, 아마 암 때나, 신장 때, 뇌 때라고 하는 것은, 완전히 의미가 다른 기능을 가지고 있다고 생각합니다. β-1,6Gn당쇄는 암전이에 관련되고 있기 때문에, 이 당쇄를 합성한다GnT-V(은)는 악인 (이)라고 생각할 수 있습니다만,GnT-III(은)는 바이세크팅GlcNAc(을)를 만들어β-1,6Gn의 생성을 억제하므로 선인 이다고 하는 식으로 말할 수 있습니다.단지,GnT-III(을)를 과잉 발현시킨 트랜스 JapanElectricComputer Co.,Ltd. 마우스에서는, 리핏드의 축적이 생겨 지방간이 생기는 등, 새로운 병을 만들 가능성이 있기 때문에, 이 경우는 선인 (이)라고는 할 수 없습니다. GnT-III하지만 다른 조직에 발현되었을 때는, 그것이 어떻게 되는가 하는 것은 조금 아직 모릅니다.그 외 , 비장의 NK세포에 대한 감수성을 억제해 버린다든가,α-1,6FucT(을)를 과잉 발현하면 워르만병이라고 한다, 역시 지방이 축적하는 병이 드는 등 여러가지 일을 찾아내고 있습니다. 그러니까, 당쇄유전자라고 하는 것은, 그 조직, 혹은 세포에 의해서 그 기능은 꽤 다르고, 그 의의도 다르지 않을것인가 라고 하는 식으로 생각합니다.

이러한 효소의 유전자의 장소, 그 발현의 조절은 어떻게 되어 있는 것입니까?

GnT-III,IV,V,α-1,6FucT(은)는 염색체의 위치가 전부 다른데 있습니다. 무엇인가 병으로 연결되는지도 모릅니다만, 현재 전혀 모릅니다.기능도 완전히 구별 그리고, 꽤 빠른 시기로 나누어져 버려 있다고 생각합니다.

　당쇄유전자 일반적으로 그렇습니다 그러나, 현재, 유전자의 조절 기구를 알 수 있고 있는 것은GalT의 일부만이군요. GnT-III도 유감스럽지만, 꽤 어떤 조절 기구를 하고 있을까 아직 잘 모릅니다.

이것들당전이 효소의 단백 구조는 어느 정도 알고 있는 것입니까?.

고차 구조를 조금씩 알아 왔어요.예를 들면β-1,4GalT라든가.이번GnT-I도 결정 해석이 나왔습니다. GnT-III,V(은)는 당이 붙어 있기 때문에, 조금 결정 해석이라고 하는 것은 어려운 곳이 있습니다.α-1,6FucT(은)는 당이 붙어 있지 않기 때문에, 이것은 혹시 그대로 할 수 있을지도 모릅니다.확실히 당전이 효소의 도메인 구조는 거의 닮기 때문에, 억셉터-를 인식하는 곳(중), 도너를 인식하는 곳(중)의 구조라고 하는 것은, 자꾸자꾸 알게 되겠지요.그러니까, 효소 반응으로서는, 매우 이해가 진행된다고 생각합니다.단지, 세포안, 고르지 중(안)에서 어떤 국재를 해 어떤 클러스터를 만들고 있는가 하는 이야기는, 좀처럼 아직 더 앞이 아니면 모르겠지요.

만들어진 당쇄의 역할에 대해서는 어떨까요?

세레크틴과 상호작용 하는 당쇄는 자꾸자꾸 알게 되고 있습니다.당단백을 인식하는 분에서는, 물론 C형 렉틴이라고 하는 당쇄는 약간 있습니다 그러나, N그리칸을 스페시픽크에 인식하는 리간드라고 하는 것은 꽤 어렵습니다.결국, 그러한 특정의 당쇄를 고상화하고, 거기에 결합하는 단백을 뒤쫓아 가든가, 혹은 예를 들면 투 하이브리드 시스템같은 것을 잘 이용해 주는가 할 수 밖에 없는 것이군요.

　당쇄를 인식하는 렉틴이 어떤 곳에 있어, 어떤 성질을 가지고 있는가 하는 것은, 아직 정말로 알고 있는 것은 얼마 안되다.예를 들면β-1,6의 브랜치를 가진 구조라고 하는 것은, 전이성의 암에 많이 나오는 것입니다 그러나, 어째서 그것을 암세포가 인식하고 있는가 하는 것은 전혀 아직 모르지 않아 무릎.그런 것도 지금부터 하지 않으면 안 된다고 생각하고는 있습니다.

당쇄유전자의 녹아웃으로부터의 어프로치는 어떨까요

GnT-V(은)는 녹아웃이 생겨서, 그 쥐는 암이 되기 어렵다고 하는 것을 알 수 있고 있습니다. GnT-V의 유전자를 결손한 것은 암이 되기 어렵고,GnT-V의 유전자를 주사해 주면 암이 생깁니다.이것은 즉GnT-V(은)는, 암유전자에 가까운 것이군요.그리고,GnT-III(은)는 별로 페노타이프가 나와 있지 않습니다만, 녹아웃 해 버리면, 간화학 발암에 대해서 저항성이 된다고 하는 이야기가 있습니다.그것은 아마 장기에 따라서 다르지 않을까 생각합니다만.그러니까, 이것도 그러한 의미에서는, 양면 성을 가지고 있고, 양날칼의 검과 같은 기능을 하고 있을 가능성이 있군요.

근년, 많은 당쇄유전자가 클로닝 되었습니다만, 앞으로의 당질 연구의 방향에 대해 어떻게 생각합니까?

앞의 당쇄유전자 연구반(사이토반)에서는, 어쨌든 당쇄유전자를 주력적으로 하자고 하는 것으로, 많은 유전자의 클로닝을 실시했습니다.시아리르모치후에 의한 동성애 연구학·클로닝등으로 큰 성과 하지만 있었어요.이 반에서는 당쇄유전자를 이라고에 쓰면은, 캐라크타라이즈 한다는 것이 중심으로, 세계의 당쇄유전자의 약 7할 정도의 클로닝에 성공했다고 생각합니다.그러나, 바이올로지는 아직 일부로, 지금부터라고 하는 상태였지요.

　현재의 우리의 연구반에서는 무엇을 겨냥했는가 하면, 거의 수중에 넣은 유전자를 세포에 도입하고, 개체, 혹은 세포가 어떻게 되는지, 페노타이프가 어떻게 되는지, 그리고 물론 녹아웃을 해서 어떻게 되는가 하는 것이군요.또, 세포간의 특이적인 리간드, 시아리르르이스엑스, 밋드카인이나 성장 팩터 등, 프로테오그라이칸과의 상호작용과 시그널이 어떻게 가는가 하는 것, 이런 일을 최초의 프로포절(proposal)로 냈습니다. 벌써 주된 퍼블리케이션이 약 400편 정도 있어, 당쇄합성 유전자의 단리·기능·분류로 레벨의 높은 실적이 나와 있다고 생각하고 있습니다.앞으로 1년반입니다만, 아마 좀 더 새로운 일이 또 나온다고 생각합니다.

당쇄를 만들려면 복수의 당쇄유전자가 관여하므로, 단백의 경우와는 달라 복잡하네요.사람 게놈 해독 연구와 비교해서 어떠한 의의가 있는 것입니까?

뭐, 당쇄유전자라고 말하면, 우리 우연히 당전이 효소를 중심으로 하고 있으므로, 그것을 전면 적으로 내고 있습니다만, 실은 당쇄를 분해하는 효소의 유전자나 렉틴 등 전부를 사실은 포함하는 것이군요.

　2003년까지 사람 유전자가 모두 분류되는 것입니다만, 유전자의 해명 그것만으로는 세포 생물학을 이해하는 것은 우선 거의 불가능하고, 병을 이해해, 치료한다고 할 곳까지는 도달하지 않는다고 생각하는군요.

　인간의 몸, 세포라고 하는 것은 다양성으로 가득 차 있고, 매우 그런 유전자 1개만으로 병을 논하는 것은, 아마 할 수 없다고 생각합니다.

그러한 다양성은, 유전자의 펑션에 있는 것으로, 좀 더 총괄적으로 통합 한 프로테옴이라고 하는 개념이 나온 것입니다만, 그것을 당쇄과학에서 보면 어떻게 파악하면 좋은 것일까요?

프로테옴 연구에서는, 2 차원 전기 영동으로 단백을 분류하고, 그 성질은 어때, interaction는 어때라고 하는 것을 하고 있습니다.자, 프로테옴의 다양성을 결정하고 있는 것은 무엇인가 말하면, 역시 당이라든지 인산화라든지가 중요한 포인트가 된다고 생각합니다. 그러니까, 프로테옴에 필적하는 그라이콤, 프로 테오 믹스에 해당하는 그라이코믹스라고 하는 개념이 있어도 되는 것입니다.좀 더 당쇄생물학, 당쇄공학을 통합 한 형태의 것을, 그라이코믹스라고 부르자고 하는 것입니다.이것은 실은 이미 5년전에, 미국의Vernon Reinhold교수가 이 정립을 세우고 있습니다.이른바 포스트트란스레이쇼나르모디피케이션에 그라이콤이라고 하는 개념을 적용시키면 어떨까와.그러한 기술을 수반한 학문을 그라이코믹스라고 말해도 좋지 않을것인가 라고 하는 것이군요.

　어느 유전자를 녹아웃 하면, 특정의 병이 일어나, 인과관계는 밝혀진다.그런데 , 당쇄의 경우에는, 당쇄유전자를 녹아웃 해도, 그것은 다이렉트인 물건이 아니고, 간접적으로 다른 유전자가 당한 종말상이군요.당쇄라고 하는 것은, 여러가지 곳의 스텝, 게다가 최종 단계에 영향을 주는 당단백, 당지질, 프로테오그라이칸을 완화하다 하고 있기 때문에, 반대로 말하면, 매우 최하류의, 병이 발병하는데 가장 가까운 현상을 보는 확률이 높다고 생각합니다.그러니까 오히려 다이렉트입니다.거기를 좀 더 강조할 필요가 있지 말아라 라고, 요즈음 자주(잘) 여러가지 곳에서 생각하고 있었습니다. 병의 원인은 매우 복잡하다 그러나, 정말로 그 원인을 규정하고 있는 것은 마지막 수식인 것입니다.그러니까, 1 유전자가 1개의 기능을 가지고 있는 것이 아니라, 여러가지 조합이 있고 펑션이 나와 있다.그렇지만, 당쇄에 관해서는, 혹시, 그러한 원 펑션을 규정하고 있을 가능성이 있어, 그러니까, 오히려 그 쪽이 소중하다고 하는 식으로 요즈음 나는 생각합니다.거기를 그라이콤의 개념은 포괄하고 있지 않을까요.

　나는 지금 돼지로부터 사람에의 이종 이식의 연구에도 관여하고 있습니다만, 문제는 돼지에는 세포 표면 에α-1,3Gal에피토프당쇄가 있어, 사람에는 이 에피토프에 대한 자연 항체가 있으므로, 초급성기의 거절반응이 일어나는 것입니다.이 당쇄를 만드는 돼지의 유전자를 녹아웃 하는 기술은 아직 없네요.그러나,GnT-III(을)를 사용해 당쇄에 바이세크팅GlcNAc(을)를 넣어 주면, 에피토프Gal의 합성이 거의 없어지는 것을 알 수 있었습니다.지금, 나는 이 방법으로 어떻게든 이 에피토프를 기능적으로 녹아웃 하자고 하는 것을 하고 있습니다.

　이러한 연구나 현상의 해명이 많아지면, 그라이콤의 개념이 대단히 소중한 것이라고 이해되어 감싸면 않을까 기대하고 있습니다.벌써C. elegans(을)를 사용해 그라이콤의 분석이 해외에서는 시작되어 있습니다.

타니구치 나오유키 교수 약력

쇼와42해홋카이도 대학 의학부졸, 쇼와47해같은 대학 학원 의학 연구과 수료, 의학박사, 쇼와50해같은 대학학 의학부 위생마나부 강사, 쇼와51해부터52해코넬대학 의학부 생화학 객원 조교수, 쇼와52해홋카이도 대학원환경 과학 연구과 조교수, 쇼와54해같은 대학학 의학부암연생화학 조교수, 쇼와61해오사카 대학 의학부 생화학 교수, 헤세이7해~미국 생화학/분자생물학회(ASBMB)명예 회원, 당질 학회 상임 이사, 헤세이10해~문부성 특정 영역 연구(A) 「당쇄리모데링과 세포 커뮤니케이션」」영역 대표자,2001해일본 생화학회 회장,J. Biol. Chem., Glycobiology, Glycoconjugate J.등의 상임 편집 위원

참고: 일본 NHK 사이언스 제로 프로그램에 출연한 분임

참고 문헌

1)Yamashita, K., Hitoi, A., Taniguchi, N., Yokosawa, N., Tsukada. Y., and Kobata. A.: Comparative study of the sugar chains of gamma-glutamyltranspeptidases purified from rat liver and rat AH-66 hepatoma cells. Cancer Res. 1983, 43, 5059-5063

2)Nishikawa, A., lhara, Y.. Hatakeyama, M, Kangawa. K.. and Taniguchi. N.: Purification, cDNA cloning, and expression‎ of UDP-N-acetylglucosamine: beta-D-mannoside beta-l,4N-acetylglucosaminyltransferase III from rat kidney. J. Biol. Chem. 1992,267, 18199-18204

3)Yoshimura, M.. Nishikawa, A., Ihara, Y., Taniguchi. S., and Taniguchi. N.: Suppression of lung metastasis of B 16 mouse melanoma by N-acetylglucosaminyltransferase III gene transfection. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 8754-8758

4)Uozumi, N., Yanagidani, S.. Miyoshi, E., Ihara. Y.. Sakuma, T., Gao, CX., Teshima. T., Fujii. S., Shiba, T., and Taniguchi. N.: Purification and cDNA cloning of porcine brain GDP-L-Fuc:N-acetyl-beta-D-glucosaminide alpha1-6-fucosyltransferase. J. Biol. Chem. 1996, 271, 27810-27817

5)Tanemura. M., Miyagawa. S.. Koyota, S.. Koma. M.. Matsuda. H., Tsuji. S.. Shirakura. R., and Taniguchi, N.: Reduction of the major swine xenoantigen. the alpha-galactosyl epitope by transfection of the alpha2,3-sialyltransferase gene. J. Biol. Chem. 1998. 273. 16421-16425

6)Taniguchi, N. and lkeda. Y.: gamma-Glutamyl transpeptidase: catalytic mechanism and gene expression‎. Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 1998, 72, 239-728

7)Taniguchi, N., Jain, S. K.. Takahashi, M., Ko. J.-H.. Sasai. K., Miyoshi, E.. and Ikeda. Y.: Glycosyltransferases: cell surface remodeling and regulation of receptor tyrosine kinase-induced signaling. Pure Appl. Chem. 1999.71. 719-728

8)Taniguchi, N., Miyoshi, E., Ko, JH., Ikeda, Y., and Ihara, Y.: Implication of N-acetylglucosaminyltransferasesII and V in cancer: gene regulation and signaling mechanism. Blochim. Biophys. Acta 1999. 1455. 287-300

9)Miyoshi, E., Noda, K., Yamaguchi, Y., Inoue, S., Ikeda. Y., Wang, W.. Ko. JH.. Uozumi, N., Li, W.. and Taniguchi, N.: The alphal-6-fucosyltransferase gene and its biological significance. Biochim. Biophys. Acta 1999. 1473, 9-20

10)Miyagawa, S., Tanemura. M.. Koyota, S., Koma, M.. Ikeda, Y., Shirakura. R.. and Taniguchi, N.: Masking and reduction of the Galactose-alpha1,3-Galactose (alpha-Gal) epitope, the major xenoantigen in swine, by the glycosyltransferase gene transfection. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1999, 264, 611-614