糖鎖生物学——生命科学の「ダークマター」

タンパク質や核酸と同様に、糖や脂質は生物構造を構成し、生理機能を完結する必須の高分子です。しかし、タンパク質や核酸と比較すると、糖や脂質の構造は解析が難しく、細胞内の「ダークマター」に属します。糖生物学は、ライフサイエンス業界で大きな課題として認識されています（図1）。糖は生命に不可欠です。グルコースに代表される糖分子は、細胞代謝の主なエネルギー源の1つです。植物の細胞壁はセルロースで構成されており、グリコシル化はタンパク質の機能的多様性を大幅に拡大できる翻訳後修飾（PTM）の重要な形態の1つでもあります。グリコシル化タンパク質は、シグナル伝達、免疫応答、細胞分化など、多くの生命プロセスに関与しています。しかし、グリカン分子の立体化学的複雑さは、グリカン分子の体系的な研究を妨げ、グリカン構造に関する情報の欠如は、生体分子群の機能の理解を著しく制限します。

2024年3月28日、ヤン・ニン/ヤン・チュアンイエ/パン・ジュンミン研究グループらの研究グループは、「天然繊維絨毛中のタンパク質とグリカン成分の構造誘導発見」というタイトルで、Cell誌オンライン版に発表しました。天然のマスティゴネムでは、クラミドモナス・ライネア繊毛から分離されたマスティゴネムの3.0Å解像度クライオ電子顕微鏡構造が報告されました。絨毛は繊毛膜から外側に伸びる細長い構造で、絨毛の本体は超らせん状の繊維構造を形成し、各完全ならせんは4対の逆平行のマスティゴネム様タンパク質1（Mst1）で構成されていることがわかりました。

この研究では、研究チームは生物物理学、細胞生物学、バイオインフォマティクスの手法を用いて、生体高分子構造の構築に関与するグリカン分子の分子原理を説明した。植物や藻類は、独特な形態のハイポグリコシル化を持つことが知られている。グリカンモジュールは主にアラビノースと少量のガラクトースから構成されます。このハイフォ依存性のグリコシル化は、植物や藻類の正常な生命活動の基礎となります。