エクオリン

エクオリン1
PDB 1ej3のエクオリンリボン図。補欠分子族のセレンテラジンは青色で示されています。
識別子
生物	オワンクラゲ（クラゲ）
シンボル	該当なし
ユニプロット	P07164
その他のデータ
EC番号	1.13.12.5
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エクオリンは、ヒドロ虫類オワンクラゲから単離されたカルシウム活性化 発光タンパク質である。^[1]その生物発光は、 1962年に下村脩によってこの動物からタンパク質が単離される数十年前に研究されていた。 ^[2]動物の中で、このタンパク質は緑色蛍光タンパク質と一緒に存在し、共鳴エネルギー移動によって緑色の光を生成するが、エクオリン自体は青色光を生成する。

「光る」動物を作ることができる「クラゲの DNA」についての議論では、どちらも元々同じ動物に由来しているにもかかわらず、エクオリンではなく緑色蛍光タンパク質を発現する遺伝子組み換え動物について言及されることが多い。

エクオリンのタンパク質部分であるアポエクオリンは、栄養補助食品プレバゲンの成分である。米国連邦取引委員会（FTC）は、記憶力向上の宣伝文句について、 メーカーを虚偽広告で告訴した。

エクオリンの研究は、1921年にE・ニュートン・ハーヴェイによって始まりました。 ^{[3]ハーヴェイは、古典的な}ルシフェラーゼ-ルシフェリン反応を実証することはできませんでしたが、水が乾燥した光細胞から光を生成すること、そして酸素がなくても光が生成されることを示しました。その後、下村脩は1961年にオワンクラゲの生物発光の研究を開始しました。これには、ワシントン州フライデーハーバーの埠頭から数万匹のクラゲを退屈な作業で収穫することが含まれていました。^[1]海水、より具体的にはカルシウムの抽出物から光が生成されることが決定されました。^{[2]また、抽出中に、エクオリン本来の青色光を緑色に変える}緑色蛍光タンパク質の存在により、動物が緑色の光を生成することが確認されました。^[4]

彼の研究の主な焦点は生物発光であったが、^[5]下村と他の2人、マーティン・チャルフィーとロジャー・ツィエンは緑色蛍光タンパク質に関する研究で2008年にノーベル賞を受賞した。

エクオリンは、分子量約 21 kDaのアポエクオリンと呼ばれるアポタンパク質と、ルシフェリンである補欠分子族セレンテラジンの2 つの異なるユニットからなるホロタンパク質です。 ^[6]つまり、アポエクオリンは動物の光細胞で生成される酵素であり、セレンテラジンはその酵素が酸化を触媒する基質です。セレンテラジンが結合するとエクオリンと呼ばれます。注目すべきことに、このタンパク質にはCa ^{2+イオンの結合部位として機能する 3 つの}EF ハンドモチーフが含まれています。^[7]このタンパク質はカルシウム結合タンパク質のスーパーファミリーのメンバーであり、このスーパーファミリーには約 66 のサブファミリーがあります。^[8]

結晶構造から、エクオリンはセレンテラジンと酸素を過酸化物、セレンテラジン-2-ヒドロペルオキシドの形で結合することが明らかになった。 ^[9]最初の2つのカルシウム原子の結合部位は、3番目の部位よりも20倍もカルシウムとの親和性が高い。^[10]しかし、2つのEFハンドだけがカルシウムに結合するという以前の主張^[11]は、後の構造から3つの部位すべてが実際にカルシウムを結合できることが示されたことで疑問視された。^[12]したがって、滴定研究は、3つのカルシウム結合部位すべてが活性であるが、酵素反応を引き起こすのに必要なイオンは2つだけであることを示している。^[13]

他の研究では、エクオリンの構造を維持する内部システイン結合の存在が示されています。 ^{[14]これにより、タンパク質の再生に}ベータメルカプトエタノールなどのチオール試薬が必要であることも説明されました。このような試薬はシステイン残基間のスルフィドリル結合を弱め、エクオリンの再生を促進するためです。

エクオリンの化学的特性は、このタンパク質が過酷な処理に対してある程度耐性があることを示している。エクオリンは耐熱性がある。^[15] 95℃で2分間保持しても、タンパク質の活性は25%しか失われなかった。6M尿素や4Mグアニジン塩酸塩などの変性剤はタンパク質を破壊しなかった。

エクオリンはおそらくエクオレアのゲノムにコードされている。この動物からは少なくとも4つの遺伝子のコピーがcDNAとして回収された。 ^{[16] [17]}ゲノムの配列が決定されていないため、cDNAの変異体がタンパク質のすべてのアイソフォームを説明できるかどうかは不明である。^[18]

E. ニュートン ハーヴェイによるオワンクラゲの生物発光に関する初期の研究では、生物発光はベルの周りのリングとして現れ、空気がなくても発生することが指摘されていました。^[19]ほとんどの生物発光反応は酸素を必要とするため、これは注目に値することであり、動物が何らかの方法で酸素を蓄えているという考えにつながりました。^[20]その後、アポタンパク質はセレンテラジン-2-ヒドロペルオキシドと安定して結合できること、そしてこの活性型のエクオリンの再生には酸素が必要であることが発見されました。^{[21]しかし、}カルシウムイオンの存在下では、タンパク質は構造変化を起こし、補欠分子族のセレンテラジン-2-ヒドロペルオキシドを励起セレンテラミドとCO ₂に変換します。^[22]励起セレンテラミドが基底状態に緩和すると、青色光（波長465 nm）が放出されます。セレンテラミドが交換される前は、タンパク質全体がまだ青色蛍光を発しています。^{[23] [24]}生物発光と蛍光の関係により、この性質は最終的にルシフェリンセレンテラジンの発見において重要となった。^[25]

放出された光はルミノメーターで簡単に検出できるため、エクオリンは分子生物学において細胞内Ca ²⁺濃度の測定に有用なツールとなっている。 ^[26]エクオリンの初期の精製の成功により、生きた動物の組織にタンパク質を注入してフジツボの筋繊維におけるカルシウムの生理的放出を可視化する最初の実験が行われた。^{[27]それ以来、このタンパク質は}ゼブラフィッシュ、^[28]ラット、マウス、培養細胞など、多くのモデル生物系で広く使用されている。^{[29] [30] [31] [32]}

エクオリン遺伝子を発現する培養細胞は、アポエクオリンを効率的に合成することができるが、組み換え発現ではアポタンパク質しか生成されない。したがって、機能タンパク質を得るためには、細胞の培養培地にセレンテラジンを添加し、その青色発光を利用してCa ²⁺濃度を測定する必要がある。セレンテラジンは疎水性分子であるため、植物や真菌の細胞壁だけでなく、高等真核生物の細胞膜にも容易に取り込まれるため、エクオリンは植物、真菌、哺乳類細胞におけるCa ²⁺レポーターとして適している。 ^{[33] [34]}

^{エクオリンは他のCa 2+}指示薬に比べて多くの利点がある。タンパク質が大きいため、DiIなどの親油性色素に比べて細胞からの漏出率が低い。電圧感受性色素でよく見られる細胞内区画化や隔離の現象がなく、細胞機能や胚の発達を妨げない。さらに、セレンテラジンの酸化によって放出される光は光励起に依存しないため、自己蛍光の問題がない。^[35]エクオリンの最大の制限は、補欠分子族セレンテラジンが光を生成するために不可逆的に消費され、培地にセレンテラジンを継続的に添加する必要があることである。このような問題から、ロジャー・ツィエンが開発したカルモジュリンベースのセンサーカメレオン^[36]やオリバー・グリースベックが開発したトロポニンベースのセンサーTN-XXLなど、他の遺伝子コード化カルシウムセンサーの開発につながった。^[37]

アポエクオリンは、クインシーバイオサイエンスが記憶力サプリメントとして販売している「プレバゲン」の成分である。2017年、米国連邦取引委員会（FTC）は、この製品が記憶力を改善し、認知機能に効果があり、「臨床的に」効果があると虚偽の広告をしたとしてメーカーを告発した。 ^{[38] FTCによると、「プレバゲンのマーケティング担当者は、}加齢に伴う記憶力の低下を経験する高齢消費者の恐怖心を食い物にしていた」という。クインシーは告発に対抗すると述べた。^{[39] [40] [41]}

訴訟前に、クインシー・バイオサイエンス社に雇用された研究者らが実施した臨床試験では、「記憶と認知に関する主要評価項目に関して、プラセボと比較して全体的な利点は見つからなかった」が、同社の広告では、わずかな改善を示したいくつかの論争のあるサブグループ分析を誤解を招く形で引用していた。^{[42] [43]}

この訴訟（Spath他対Quincy Bioscience Holding Company, Inc.他、事件番号18-cv-12416、ニュージャージー州D.）は地方裁判所で棄却されたが、棄却の取り消しを求める控訴が提起された。この訴訟は、Quincy Pharmaceuticalsに対する別の訴訟、Vanderwerff対Quincy Bioscience（事件番号17-cv-784、ニュージャージー州D.）と統合され、リードケースとなった。^[44]

2019年2月21日、米国第2巡回控訴裁判所は、FTCとニューヨーク州が、プレバゲンが記憶力を改善するという同社の主張をめぐってクインシー・バイオサイエンス社を相手取って起こした訴訟を進めることができるとの判決を下した。この判決は、両当事者が巡回控訴裁判所の3人の判事で構成される審理部会でこの件を論じた2週間足らず後に下された。この審理部会で同社の弁護士は、「研究を完了した211人全員に目を向ければ、統計的に有意な差はなかった」という点については争っていないと認めた。裁判所は、FTCが政治的な理由で訴訟を起こしたという同社の弁護士の主張を強く退けた。^{[45] [46]}

2020年3月23日、フロリダ州南部地区連邦地方裁判所の連邦治安判事は、過去4年間にプレバゲンを購入した消費者集団に対して全国規模の集団訴訟を認定する報告書と勧告を提出した。 ^[47]この事件の裁判は2020年10月に予定されている。^{[47] [48]}

2020年9月21日^{[アップデート]}、クインシーバイオサイエンスは、プレバゲン製品が脳の健康をサポートし、記憶喪失に役立つと虚偽の説明をしたとの主張について和解することに合意した。和解条件によると、2007年から2020年7月31日までに購入した商品について、2020年10月26日までに申請した適格購入者は、最大70ドルの払い戻しを受けることができる。 ^[49]

ハリエット・ホール博士は、サイエンス・ベースド・メディシン誌に寄稿し、クインシーが後援した研究（「マディソン記憶研究」として知られる）は否定的であったが、同社は好ましい結果を得るためにpハッキングを利用したと指摘した。同博士は、引用された安全性研究はすべてラットの研究であり、アポエクオリンが血液脳関門を通過するという主張は犬の研究のみに基づいていると書いた。^[50]米国薬剤師協会は、アポエクオリンが「大幅に吸収される可能性は低く、代わりにアミノ酸に分解される」と警告している。^[51]

• Swiss-Prot エクオリン エントリ 2007-03-23 にWayback Machineでアーカイブ