環状糖と結合する新たな輸送タンパク質を発見～環状β-1,2-グルカンに適したユニークな基質認識の解明～
研究成果
本研究成果のポイント
- 環状糖は、ほかの分子を内側に取り込める性質があることから、その特徴を活かした医療応用が期待されています。
- 今回、環状および直鎖状の糖鎖β-1,2-グルカンに結合し、細胞に取り込みうる新たな糖輸送タンパク質を発見しました。
- 構造解析の結果、この糖輸送タンパク質では、湾曲した基質がその中央部分で結合しており、環状糖の結合に適していることが示唆されました。
- 環状糖の医薬品・食品分野への応用研究に向けた基盤となる成果です。
東京理科大学 創域理工学部 生命生物科学科の中島 将博准教授、同大学 理学部第一部 応用化学科の鳥越 秀峰教授、新潟大学 農学部 農学科の中井 博之准教授らの研究チームは、グルコースが特殊な結合様式でつながった糖鎖であるβ-1,2-グルカン（＊1）を細胞内へ取り込みうる新しい糖輸送タンパク質を世界で初めて発見しました。
β-1,2-グルカンは細菌の病原性や共生など多様な生命現象に関わる糖鎖です。特に環状構造をとる環状β-1,2-グルカンは、包摂化合物（＊2）としての応用も期待されています。これまで、中島准教授らはこの糖鎖に注目し、分解酵素に関する知見を積み上げてきましたが、細胞内へとβ-1,2-グルカンを取り込む輸送の仕組みについてはほとんど解明されていませんでした。
本研究グループは、最も高温に適応し、光合成の進化の理解に重要とされる糸状光合成細菌の一種であるChloroflexus aurantiacus（＊3）のゲノムの探索から候補となるタンパク質（Chy400_4166）を特定し、機能解析およびX線結晶構造解析を行いました。解析の結果、Chy400_4166は環状および直鎖状のβ-1,2-グルカンに高い親和性で結合すること、既知のβ-1,2-グルコオリゴ糖（＊1）輸送タンパク質とは根本的に異なる新しい結合機構を持つことが明らかになりました（図1）。
今回の発見は、β-1,2-グルカンの輸送システムの解明や、細菌の病原性・共生メカニズムの理解に資するだけではなく、環状糖の生体内でのふるまいを理解するうえでの基礎的な知見であり、将来的には医学応用の基盤となることが期待されます。
本研究成果は、2026年5月10日に国際学術誌「FEBS Journal」にオンライン掲載されました。
図1. 本研究で明らかになったタンパク質Chy400_4166が環状β-1,2-グルカンを取り込む仕組み。
【用語解説】
（＊1）β-1,2-グルカン、β-1,2-グルコオリゴ糖
グルコース（ブドウ糖）が、下図の赤で示した位置のOH基どうしの結合（β-1,2-結合という様式）で連なった糖鎖。β-1,2-グルコオリゴ糖は鎖長が1桁程度の短いもの、鎖長が大きくなるとβ-1,2-グルカンとなる。β-1,4-結合でグルコースが連なった糖鎖はセルロースであり、結合の様式の違いで全く異なる糖鎖となる。
（＊2）包摂化合物
環状構造の内部に別の分子を取り込む性質を持つ化合物。医薬品・食品・化粧品などの分野で広く利用されている。
（＊3）Chloroflexus aurantiacus
酸素を必要とせずに光合成を行う糸状細菌の一種。β-1,2-グルカンを代謝すると推定される酵素の遺伝子を複数持つ。
研究内容の詳細
環状糖と結合する新たな輸送タンパク質を発見～環状β-1,2-グルカンに適したユニークな基質認識の解明～（PDF：622KB）
論文情報
【掲載誌】FEBS Journal
【論文タイトル】Structural and thermodynamic analyses of a novel β-1,2-glucan binding mode in the ABC transporter solute-binding protein Chy400_4166 from Chloroflexus aurantiacus
【著者】Kazuya Kato, Tatsuya Kaneko, Rintaro Hirayama, Nobukiyo Tanaka, Hiroyuki Nakai, Hidetaka Torigoe, Masahiro Nakajima
【doi】10.1111/febs.70576
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