がん関連タンパク質「AKT」が細胞膜に結合・安定化する新たな仕組みを解明
脂質認識PHドメインとキナーゼドメインの協働を分子シミュレーションと1分子観察で実証
慶應義塾大学大学院理工学研究科の中垣友希（研究当時）、同大学理工学部の山本詠士准教授、岐阜大学糖鎖生命コア研究所の森俊貴研究員（国立がん研究センター研究所 先端バイオイメージング研究分野 外来研究員）、鈴木健一教授（国立がん研究センター研究所 先端バイオイメージング研究分野長 兼任）らの研究グループは、細胞の増殖や生存を制御する重要なシグナル伝達タンパク質AKT※1が、細胞膜に結合して安定化される分子メカニズムを明らかにしました。
AKTは、脂質を認識するPHドメインと、酵素活性を担うキナーゼドメイン（KD）を持つ2つの機能部位を持つタンパク質（多ドメインタンパク質）です。従来、AKTが細胞膜へ結合するのは、主にPHドメインが膜脂質PIP₃※2を認識することで起こると考えられてきましたが、AKTが膜上でどのような姿勢を取り、KDが膜結合にどう関わっているかは十分に解明されていませんでした。
本研究では、分子動力学シミュレーション※3と生細胞1分子蛍光イメージング※4を組み合わせた結果、AKTが膜上でいくつかの結合状態を取ること、さらにPHドメインだけでなくKDにもPIP₃と相互作用する正電荷の膜接触面が存在することを見出しました。主要な膜結合状態では、PHドメインが複数のPIP₃を認識すると同時にKDも膜に接触し、AKTの活性化に必要なリン酸化部位が外側に露出した配置を取ることがわかりました。また、細胞内ではPHドメインがAKTを膜へ捕捉する中心的な役割を担う一方、KDは膜への結合を制御し、結合後はAKTが長く膜上に留まる状態を安定化させていることが示されました。
これらの結果は、AKTの膜結合が単一の脂質結合部位だけで決まるのではなく、PHドメインとKDの協働によって制御されることを示しています。AKTはがんをはじめとする多くの疾患に関与する重要な創薬標的であり、本成果はAKTシグナルの時間や空間の制御メカニズムを理解するための新たな分子基盤となることが期待されます。
本研究成果は、2026年9月29日に米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society（JACS）」に掲載されました。
AKTが脂質膜に結合した状態の分子動力学シミュレーション
PHドメイン（水色）とKD（橙色）が脂質膜中のPIP₃と相互作用
本研究のポイント
- 全長AKT分子がPIP₃を含む膜上で少なくとも4種類の結合状態を取ることを分子動力学シミュレーションで明らかにしました。
- 従来知られていたPHドメインのPIP₃結合に加え、キナーゼドメイン（KD）のR367、R370を含む正の電荷を帯びた領域も膜脂質と相互作用していることを見出しました。
- 生細胞1分子イメージングにより、PHドメインがAKTを膜へ引き寄せる役割を主に担う一方で、KDが膜結合を調節し、膜捕捉後は長時間の滞在を安定化させる役割を分担していることを実験的に明らかにしました。
- 膜上で利用可能なPIP₃が少ない条件ではKDとPIP₃の接触が減少し、AKTの膜上での向きも変化することから、局所的なPIP₃量がAKTの膜上での結合状態をコントロールしている可能性を示しました。
詳しい研究内容について
がん関連タンパク質「AKT」が細胞膜に結合・安定化する新たな仕組みを解明
―脂質認識PHドメインとキナーゼドメインの協働を分子シミュレーションと1分子観察で実証―
論文情報
用語解説
細胞の増殖、代謝、分化、タンパク質合成などを制御するセリン／スレオニンキナーゼで、PI3K/AKTシグナル伝達経路の中心的なタンパク質。主に、細胞膜中のPIP₃を認識して膜に結合するPHドメインと、酵素活性を担うキナーゼドメイン（KD）などから構成される。
ホスファチジルイノシトール（3,4,5）三リン酸［PI(3,4,5)P₃］。細胞膜に少量存在する情報伝達脂質。細胞の外からの増殖因子刺激などに応答してPI3Kによって産生され、AKTなどのタンパク質を膜へ呼び込む。
粒子の動きをコンピュータ上で再現する手法。古典力学におけるニュートンの運動方程式を数値的に解くことで、時々刻々の粒子の動きを知ることができる。
蛍光標識した分子を1分子ずつ可視化し、生きた細胞の中で分子が細胞膜に結合する頻度や、膜上での移動、滞在時間などを測定する手法。
