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NMRによる糖鎖構造解析 |
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NMR法は、原子レベルの分解能をもつ解析手段であり、糖鎖の構造解析において重要な役割を果たしている。とりわけ、化学シフトとスピン結合定数は構成単糖の同定、糖残基の結合位置・アノメリック配置の決定に極めて有用である。これまでVliegenthartらにより糖鎖の化学シフトの系統的な研究が展開され、構造解析に有用なstructural
reporter groupを用いた解析が行われてきた。現在では、糖鎖のNMRシグナルの化学シフトを扱うデータベース（sugabase）も利用可能であり、既存の糖鎖構造と類似した骨格構造をもつ糖鎖の構造決定は比較的容易に行えるようになった。NMR法は感度が低いため、微量しか得られない糖鎖の解析は依然として困難であるが、近年NMR装置の高磁場化、クライオプローブの開発などによりS/Nが飛躍的に向上しており、NMR法は今後とも重要な位置を占めると思われる。 NMR法は糖残基の結合様式の決定のみならず、糖鎖の高次構造解析においても有用である。糖鎖は一般に結晶化が困難であるため、水溶液中における原子レベルの高次構造情報をもたらすNMR法は極めて重要である。糖鎖を構成する単糖の環の立体配置は通常いす型に固定されているため、糖鎖の高次構造を規定するのは糖残基間のグリコシド結合まわりの二面角となる。グリコシド結合の二面角を決定するには、原子間の距離情報をもたらすNOEと角度情報をもたらすスピン結合定数が主に用いられている。しかしながらグリコシド結合のコンフォメーションを規定する制限の数は通常乏しく、これまでは分子動力学などによる計算機実験との結果を合わせてコンフォメーションが議論されてきた。しかし近年、糖鎖の安定同位体標識技術の進展とともに、構造情報をもたらしうる新たなNMRパラメータが登場してきた。従来は1H対のスピン結合定数しか実質扱うことができなかったが、糖鎖を13Cによって標識することにより3JCHや3JCCなどのスピン結合定数も扱うことが可能となり、二面角に関する情報量が飛躍的に増大した。また、高磁場の装置においては、バイセルなどを試料中に共存させることにより生体高分子を磁場に対して配向させることが容易であり、これによって残余双極子相互作用を観測することが可能となった（図1）。観測される残余双極子カップリング定数は、近接した2つの核（例えば13Cと１Hの対）の配向軸に対する角度と距離に関する情報をもたらし、高次構造を明らかにする上で重要なNMRパラメータであることが示されてきている(1)。 NMR法は糖鎖単独の高次構造解析のみならず、糖鎖―タンパク質の分子間相互作用解析などにも威力を発揮する。例えば、糖鎖―タンパク質の相互作用において、タンパク質側の高次構造が明らかとなっていない場合でも、trNOE法を用いることによりタンパク質に結合した状態の糖鎖のコンフォメーションに関する情報が得られる。また、タンパク質と近接する糖鎖部分を同定することや、複数の糖鎖混合物からタンパク質と結合する糖鎖リガンドを同定する方法もある。さらには、糖タンパク質糖鎖を安定同位体標識することにより、NOEや緩和時間などのNMRパラメータを利用してタンパク質に結合した状態の糖鎖の高次構造と運動性に関する情報を明らかにすることも可能となっている(2)(3)。糖タンパク質上の糖鎖を解析することは、糖タンパク質から遊離させた糖鎖を対象とした解析では得られない情報がもたらされるため、糖タンパク質糖鎖の構造と機能を考えるうえで今後重要な研究分野になると思われる。 |
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| Fig. 1 13Cで標識された試料がディスク様のミセル（バイセル）存在下、磁場に対して配向している様子を模式的にあらわしたもの。バイセルは磁場(B0)に対して自発的に配向するため、試料もわずかに配向し、残余双極子相互作用が観測されるようになる。 |
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| 山口芳樹 （ 名古屋市立大学大学院・薬学研究科） |
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| Oct. 31, 2002 | ||||||||||||||
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