世間の目に触れはじめたはやり病で用いる生化学の用語:アミノ酸残基の1文字表記について

世間の目に触れはじめたはやり病で用いる生化学の用語:アミノ酸残基の1文字表記について

はじめに

 はやり病のワクチンや変異株の影響で知ることになった「スパイクタンパク質」、「変異株」などの用語。生化学の分野の仕事で使ってきた用語のなかではメジャーな部類ではありません。

ところがここに至り新奇な変異株の名称(たとえばN501YやE484Kなど)に、アミノ酸残基の1文字表記が使われはじめそのまま報道されています。

わかりにくい用語を解説なしの報道が多いのでなるべくわかりやすく整理します。

アミノ酸残基とは

 生体を構成するタンパク質はおもに下に示す20種類のアミノ酸残基から構成されていて、ネックレスのようにペプチド結合(アミド結合、酸アミド結合)により連なります。つまりネックレスの真珠1粒ずつがアミノ酸残基に相当します。

アミノ酸単独つまり遊離アミノ酸の場合にはアミノ酸、タンパク質を構成する場合にはアミノ酸残基とよぶことになっています。ただしプロリンについてはイミノ酸なので本来ならばイミノ酸残基と呼ぶべきですが、プロリン残基もひっくるめて便宜的にアミノ酸残基の範疇であつかいます。

アミノ酸残基の表記

 アミノ酸残基をふつうは大文字まじりのアルファベット3文字であらわし、これをアミノ酸残基の3文字表記といいます。

これに対してコンパクトに表記する場合には、アルファベット1文字であらわす表記法を用い、アミノ酸残基の1文字表記といいます。

これらの表記法は国際生化学連合の生化学命名法で決められ、基本的に論文等でことわりなしに使ってよい学術用語として通用するものです。

日本では後者は一般的に大学の理系教養程度(共通教育)の生化学、生命科学などで教えられています(1)。

以下のとおりアミノ酸残基名、3文字表記、1文字表記の順で示します。

グリシン     Gly G

アラニン     Ala A

バリン      Val V

ロイシン     Leu L

イソロイシン   Ile   I

メチオニン    Met  M

プロリン     Pro P

フェニルアラニン Phe F

トリプトファン  Trp W

セリン      Ser S

トレオニン    Thr T

システイン    Cys C

チロシン     Tyr  Y

アスパラギン   Asn N

グルタミン    Gln Q

アスパラギン酸  Asp   D

グルタミン酸   Glu E

リジン(リシン) Lys  K

アルギニン    Arg R

ヒスチジン    His H

表記法の例

 ここで最近報道されている新型コロナウイルスの変異株N501YとE484Kを引き合いにしましょう。ここで着目しているのは多数のアミノ酸残基が連なる新型コロナウイルスのスパイクタンパク質です。

N501Y変異株とは、501番のアミノ酸残基のアスパラギン残基(N)がチロシン(Y)に変異した株

E484K変異株とは、484番のグルタミン酸残基(E)がリジン(リシン)残基(K)に変異した株

を示します。

アミノ酸残基のそれぞれは遺伝子DNAの転写産物であるmRNAの塩基の3つ組のコドンを反映しています。

各々のアミノ酸残基のコドンは何種類かあります。実際にどういった手順で変異したか途中段階は厳密にはわかりません。結果だけ確実にシーケンスを解析してみていることになります。

ここでは說明のためにあくまでも想像でシンプルな変異の一例を示しますが、N(アスパラギン)をコードする塩基のうち、読み枠のひとつめの最初の位置のA(アデニン)がU(ウラシル)に変異すると、結果としてY(チロシン残基)にコードが変わることになります。

注意してほしいのは、アミノ酸配列にように塩基配列のアデニンとウラシルも一文字表記です。ややこしいですね。

塩基配列      ・・・AAU・・・   

アミノ酸残基の配列 ***Asn***

               突然変異                  

塩基配列      ・・・UAU・・・  

アミノ酸残基の配列 ***Tyr***

こうした1塩基の置換による突然変異をウイルスの場合には頻繁に起こすとされています。

荷電が逆に(私見)

 とくにわたしが気になるのはE484K変異株のほうです。国立感染症研究所によると、2月19日時点でこのE484K変異株が国内に流入していること(2,3)はたしかで、関東や東北に拡がっています。

こちらはアミノ酸残基でみるとEからKへの変異です。つまりグルタミン酸残基からリジン(リシン)残基に変異したことを示しています。

つまり生体内の環境により側鎖のカルボキシル基に負電荷をもてるグルタミン酸残基から、(状況によっては)正電荷をもてるリジン(リシン)残基のアミノ基に変わっていることを意味しています。

生体内環境下において、かならずしも両者とも荷電状態にあるとは限りません。立体構造上の詳細なちがいを明確に把握することは難しいですが、変異前とくらべて分子構造に比較的大きな変化を招きやすい可能性があります。

タンパク質分子の構造と機能を研究してきた科学者として邪推を避けるべきですが、いずれもタンパク質分子表面に出やすい親水性のアミノ酸残基の側鎖です。

これらの側鎖の末端部分でイオン相互作用や水素結合などを生じやすく、分子そのものの構造や分子間相互作用にわりと大きな変化を与えうることが容易に想像されます。

これは変異前につくられたワクチンでは、その反応性の点でじゅうぶんかどうかが危惧されます。

おわりに

 じっさいに慶応大学の研究者(3)や山中伸弥博士(4)は、この変異がワクチンの反応性に影響する可能性を示唆する文献を見出し、注目しています。

変異ウイルスへの対応として迅速なワクチンの改良・開発や、変異株ごとの地域や時期をみた投与がこれから先には必要になると考えられます。

引用文献

(1)ホートン生化学 第4版 東京化学同人 2009.

(2)国立感染症研究所 2021/2/19https://www.niid.go.jp/niid/ja/diseases/ka/corona-virus/2019-ncov/2488-idsc/iasr-news/10188-493p02.html

(3)慶応大学医学部 臨床遺伝学センター 2021.3.4

https://cmg.med.keio.ac.jp/covid19/

(4)山中伸弥による新型コロナウイルス情報発信 2021.2.2

https://www.covid19-yamanaka.com/cont1/62.html

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