アロプロテイン

アロプロテインは、 1つ以上の「非天然」アミノ酸を含む新規合成タンパク質である。ここでいう非天然とは、自然界には存在しないアミノ酸（新規合成アミノ酸）^{[ 1 ]} 、または自然界には存在するがタンパク質内には自然には存在しないアミノ酸（天然だが非タンパク質構成アミノ酸）^{[ 2 ]を意味する。}

新規アミノ酸やタンパク質の可能性が生じるのは、自然界では、タンパク質の構造を担う遺伝暗号には、タンパク質に使用されるすべてのアミノ酸をコードするために64 種類のコドンが利用可能であるためです (3塩基ごとに 4 種類のヌクレオチドがあり、4 x 4 x 4 で 64 通りの組み合わせが可能です^{[ 3 ]} )。しかし、ヒトや他の真核生物では、これらは 20 種類の標準アミノ酸のみをコードしています^{[ 4 ]} 。コドン表内のこのレベルの情報冗長性は、生化学では縮重として知られています。これにより、新しいアミノ酸がコードされる可能性が開かれます^{[ 4 ] 。}

一つのアプローチは、「停止」シグナルをコードする 3 つのコドンの冗長性を利用するものです。これらの 1 つを別の停止コドンに置き換えることができれば、そのコドンは原理的に (必要なtRNA、放出因子、および酵素の修飾とともに)、他の既存のコーディングに影響を与えることなく、新しいアミノ酸をコードするように「再割り当て」できます。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}このアプローチを使用すると、新たに考案されたコドンと関連する tRNA (トランスファー RNA ) および tRNA合成酵素(アミノアシル tRNA 合成酵素) を使用して、遺伝暗号を「拡張」して追加の新しいコーディングを含める技術によって、アロタンパク質と新しいアミノ酸を作成できます。アミノ酸を生成してそれらをタンパク質に結合する通常のメカニズムは、次に新しいまたは非タンパク質性アミノ酸を生成し、それらを組み込んで新しいタンパク質を作成します。 2010年にこの技術は、細菌E. coliの遺伝暗号内のコドンを再割り当てし、既存のコードや生物自体に悪影響を与えることなく、新しいアミノ酸を生成および組み込むように変更するために使用されました。^{[ 5 ] [ 6 ]}

アロタンパク質の用途には、回折構造解析のための通常とは異なる原子や重原子の組み込み、光反応性リンカー（光架橋剤）、蛍光基（標識プローブとして使用）、シグナル伝達経路の分子スイッチなどがあります。^{[ 1 ] [ 7 ]}

現代のアロプロテイン技術は、1980年代後半に東京大学の宮澤と横山によって、既存の方法の限界に対処するために初めて開発されました。遺伝子操作は20種類の標準アミノ酸に限定され、化学合成は小規模かつ低収率に限定されていました。^{[ 2 ]}

この用語の初期の使用例は、小出、横山、宮澤による1990年の論文「アロタンパク質の生合成」に見られる。^{[ 8 ]}

Budisa らによる作業説明が提供されています: ^{[ 9 ]}

「遺伝暗号工学は、特定のコドンを非標準（主に合成）アミノ酸に再割り当てすることでタンパク質合成を再プログラムすることを目的とした新しい研究分野です。その結果得られるタンパク質は、特注の特性を持つアロタンパク質であり、学術界と産業界のバイオテクノロジーの両方にとって非常に興味深いものです。」