研究者らは、比較的大きく複雑で希少な分子、すなわち哺乳類のミトコンドリア（細胞内のエネルギー工場）にある完全なリボソーム（タンパク質を産生する装置）の高解像度三次元マップの作製に成功しました。
哺乳類のミトコンドリア・リボソームの構造。リボソームにタンパク質の構成要素を運ぶ2つのtRNA分子（黄色とピンク色）が中央に見える。（可視化：Basil Greber、Nenad Ban / ETH Zurich）
毎秒、私たちの体のあらゆる細胞では、通常の代謝の一環として新たなタンパク質が作られています。この過程の主役となるのが、多数の構成要素からなる分子複合体、リボソームです。リボソームは遺伝物質のコピーに記された情報を読み取り、その設計図に従って、構成要素を一つずつ組み合わせてタンパク質を組み立てます。ヒトやその他の哺乳類の細胞には、2種類のリボソームがあります。すべての細胞に多数存在する「通常の」リボソームと、構造が異なり数も少ないミトコンドリア内のリボソームです。ミトコンドリアは細胞内の区画で、あらゆる細胞活動に必要なエネルギーを供給することから、細胞のエネルギー工場とも呼ばれます。
ミトコンドリア・リボソームの詳細な三次元構造を解明するのは容易ではありません。リボソーム全般と同様、ミトコンドリア・リボソームは比較的大きく複雑な分子です。一方で、その数が少ないため、高純度のミトコンドリア・リボソームを得ることも困難です。1年前、ETHの研究者らは、分子生物学・生物物理学研究所教授のNenad Banと、分子システム生物学研究所教授のRuedi Aebersoldの指揮のもと、哺乳類、より具体的にはブタのミトコンドリア・リボソームのサブユニットの詳細な構造決定に成功しました。Science誌に掲載されたばかりのさらなる研究で、同じチームは今回、ブタのミトコンドリア・リボソーム全体の三次元マップを作製しました。
「作動中」の分子
今回示された分子構造の特筆すべき点は、リボソームが「作動中」の姿を捉えていることです。ETHの研究者らはリボソーム自体に加え、タンパク質の設計図を含む分子（mRNAと呼ばれる）がリボソームに結合した状態もマッピングできました。リボソームにタンパク質の構成要素を運ぶ2つのtRNA分子もマッピングされました。
研究者らは、試料を検査前に急速凍結するクライオ電子顕微鏡法と質量分析法という2つの技術を組み合わせて、目的を達成しました。その結果、哺乳類のミトコンドリア・リボソームの三次元構造を、前例のない3.8オングストローム（0.4ナノメートル未満）の解像度で得ることができました。「クライオ電子顕微鏡法は近年、大きく発展しました。現在では、試料に生じる微小な動きを補正できる電子検出器があり、そうした動きがなければ画像のぼけを防げます」とETH教授のBanは説明します。科学者らは、ETH Zurichの光学・電子顕微鏡科学センター（ScopeM）でクライオ電子顕微鏡実験を行いました。
ミトコンドリアのリボソームは、細菌のリボソームと共通点があります。その正確な構造に関する知見は、なかでも医薬品研究に重要です。例えば、細菌のリボソームを攻撃して微生物を抑制しながら、ヒトのミトコンドリアに有害な副作用を引き起こさない抗生物質の開発に役立ちます。
本記事は、 ETH Zurichとの協力により掲載しています。掲載は、世界経済フォーラムが本記事の見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Fabio Bergaminはバーゼルとストラスブールでバイオテクノロジーを学び、ベルン大学で免疫学の博士号を取得しました。
画像：ヒト・分子遺伝学センターで働く分子遺伝学技術専門家。REUTERS/Jim Young。
