膜タンパク質の折り畳みを補助する新しい品質管理機構を発見~構造の安定性と機能性のジレンマを解消~

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2026-07-14 名古屋大学

名古屋大学を中心とする国際共同研究グループは、小胞体における膜タンパク質の新しい品質管理機構を発見した。研究では、酵母の小胞体タンパク質Pbr1が、多重膜貫通タンパク質であるFks1の新規合成時に結合し、寄り添うように折り畳み(フォールディング)を補助して小胞体からの正常な輸送を促進することを明らかにした。Fks1は細胞壁の主要成分であるβ-(1,3)-グルカンを合成する酵素で、膜内部に親水性残基を多く持つため、機能性を維持しながら安定した構造を形成することが難しい。本研究は、この「機能性と構造安定性のジレンマ」をPbr1が解消することを示した。また、Pbr1は酸化還元酵素に類似した配列を持つものの、従来とは異なる非典型的な仕組みで働く可能性も示唆された。成果は、小胞体における膜タンパク質品質管理の理解を大きく前進させるとともに、Fks1を標的とするエキノキャンディン系抗真菌薬の作用機構の理解や、新たな真菌感染症治療薬の開発につながることが期待される。

膜タンパク質の折り畳みを補助する新しい品質管理機構を発見~構造の安定性と機能性のジレンマを解消~
図1 膜貫通タンパク質が抱えるジレンマ

<関連情報>

推定酸化還元酵素であるPbr1の、酵母Fks1グルカン合成酵素のER品質管理およびフォールディングにおける役割 Role of Pbr1, a putative oxidoreductase, in the ER quality control and folding of yeast Fks1 glucan synthase

Keisuke Obara, Hiroki Okada, Guihong Tan, +19 , and Yoshikazu Ohya
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:July 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2612792123

Abstract

The biogenesis of multipass membrane proteins challenges the endoplasmic reticulum (ER) quality control, particularly when transmembrane segments contain polar or charged residues required for function. Fks1, the catalytic subunit of yeast β-(1,3)-glucan synthase, exemplifies this challenge because its large multipass transmembrane architecture must support glucan synthesis at the plasma membrane while also undergoing efficient biogenesis in the ER. Here, we investigate the cellular role of PBR1 (YNL181W), an essential gene whose role remains uncharacterized even though its predicted product has similarity to oxidoreductases. By integrating quantitative morphological profiling with global genetic interaction analysis, we found that PBR1 function converges on cell-wall biosynthesis and closely parallels that of FKS1. Partial loss of Pbr1 function caused temperature-sensitive growth defects but also impaired β-(1,3)-glucan synthesis, and weakened cell-wall integrity. Under these conditions, Fks1 failed to accumulate at the cell surface and, instead, accumulated in ER-associated compartments, where it exhibited reduced stability. Biochemical analyses revealed the accumulation of immature Fks1 species, including forms defective in glycosylation, consistent with compromised ER quality control. A spontaneous missense suppressor allele of FKS1 partially restored Fks1 stability and growth, supporting a functional relationship between the two proteins. Pbr1 is a cytosol-facing ER membrane protein that physically associates with Fks1, and structural modeling suggests that it adopts a Rossmann-like fold capable of binding pyridine nucleotides despite divergence from canonical catalytic motifs. Together, these findings identify Pbr1 as an ER-associated, chaperone-like factor required for the folding and maturation of Fks1.

生物化学工学
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