―ペプチドへの脂質付加を可能にする酵素レパートリーの拡張―

　ペプチドは、数個から数十個のアミノ酸がつながった分子で、生体内ではホルモンや神経伝達物質などとしてさまざまな役割を担っています。また、優れた生理活性を示すものも多く、医薬品としての利用が期待されています。一方で、ペプチドはそのままだと体内で分解されやすく、また、速やかに体外へ排出されるため、体内で長時間作用させることが難しいという課題があります。こうした課題を解決するために、医薬品開発ではペプチドに脂質を付加することが行われており、完成したペプチドの性質を自在に改良するために、狙った場所へ選択的に脂質を付加できる技術の開発が求められています。
　酵素は触媒活性を持つタンパク質のことで、特定の分子の決まった位置だけを選択的に認識して化学反応を進行させることができます。脂質の一種であるプレニル基をペプチドへ付加する酵素であるプレニルトランスフェラーゼも、ペプチド上の特定の位置を選択的に修飾でき、ペプチドに脂質を付加するツールとして期待されます。これまでのプレニルトランスフェラーゼの探索研究では、天然の基質（酵素を作用させる相手）を用いて候補タンパク質の働きを一つ一つ調べる方法が主流であり、多くの時間と労力が必要でした。本研究では、天然基質に頼ることなく、さまざまな人工ペプチドを混ぜて反応させる「ごちゃまぜ人工基質法」とも呼ぶべき新手法を開発し、候補タンパク質の酵素機能を一挙に評価できるようにしています。
　その結果、14種類もの新規プレニルトランスフェラーゼを見出し、この酵素の仲間を一気に倍増させることに成功しました。さらに、これまでにない脂質の付け方（脂質化様式）も複数発見しています。加えて、発見した酵素の立体構造解析により、タンパク質のわずかな構造の違いが、多様な反応を生み出すしくみも明らかにしました。本成果は、さまざまな機能性分子や医薬品候補となるペプチドの設計や機能改変を加速する基盤技術として期待されます。今後は、今回発見した酵素の活用を進めるとともに、この手法を別の種類の酵素にも応用し、より多様な機能性分子の創製を目指します。
　本研究成果は、2026年7月1日に国際学術誌「Nature Catalysis」にオンライン掲載されました。
１．背景
　ペプチドに脂質（プレニル基）を導入するプレニルトランスフェラーゼは、ペプチドの安定性や膜透過性を向上させる酵素として注目されています。しかし、これまでに知られている酵素の数は限られており、その反応様式（脂質化様式）も限定的でした。従来の酵素探索は、天然に存在する基質ペプチドを手がかりに関連酵素を一つ一つ同定する方法が主流であり、未知の酵素機能を効率よく見つけ出すことには課題がありました。一方で、ゲノムデータベースには未解明の関連酵素配列が多数存在しており、それらの機能を迅速に評価する手法の確立が求められていました。本研究は、こうした背景のもと、天然基質に依存しない新たな酵素機能探索戦略の構築を目的として進められました。

２．研究手法・成果
　本研究では、人工的に設計した多数のペプチド基質を混合した状態で酵素反応を行い、質量分析によりその反応を一括して解析する「ごちゃまぜ人工基質法」とも呼べる新規スクリーニング手法を開発しました。本手法により、従来は個別に評価する必要があった酵素活性を、並列的かつ網羅的に評価することが可能になりました。このプラットフォームを用いて、シアノバクテリア由来のプレニルトランスフェラーゼ候補タンパク質を解析した結果、14種類の新規酵素を同定し、既知酵素の数を実質的に倍増させる成果を得ました。さらに、トリプトファン残基やチロシン残基に対するこれまでに報告例のない新しい脂質化様式を複数発見しました。加えて、7種類の酵素について共結晶構造を決定し、活性部位の微細な構造変化が基質選択性や反応様式の多様化をもたらす仕組みを明らかにしました。