フィコエリトリン

フィコエリトリン（PE）は、光捕集性フィコビリプロテインファミリーに属する赤色のタンパク質-色素複合体で、シアノバクテリア^[1]、紅藻類^[2]、クリプト藻類^[3]に存在し、光合成を担う主要なクロロフィル色素の補助物質です。赤色色素は補欠分子族のフィコエリスロビリンによるもので、フィコエリトリンに赤色を与えます。^[4]

すべてのフィコビリタンパク質と同様に、フィコビリンと呼ばれる共有結合した発色団を持つタンパク質部分で構成されています。フィコエリトリンファミリーで最もよく知られているフィコビリンは、典型的なフィコエリトリン受容体発色団であるフィコエリスロビリンです。フィコエリスロビリンは、シアノバクテリア、紅藻、クリプトモナスに含まれる線状テトラピロール分子です。フィコシアノビリンなどの他のビリンとともに、フィコビリソームと呼ばれるシアノバクテリアの光合成集光構造において集光性色素として機能します。^[5]フィコエリトリンは、(αβ)モノマーで構成され、通常は円盤状の三量体(αβ) ₃または六量体(αβ) _{6 (2番目は}アンテナロッドの機能単位)に編成されます。これらの典型的な複合体には、3番目のタイプのサブユニットであるγ鎖も含まれています。^[2]

フィコビリプロテインは、フィコビリソームと呼ばれる巨大な集光アンテナタンパク質複合体の一部です。紅藻では葉緑体のチラコイド膜のストロマ側に固定されています が、クリプト藻ではフィコビリソームが縮小され、（ここではフィコビリプロテイン545 PE545分子）チラコイドの内腔内に密集しています。^{[3] [7]}

フィコビリプロテインには、肝保護、抗酸化、抗炎症、抗老化などの重要な特性を含む多くの実用的な用途があり、食品、化粧品、医薬品、バイオメディカル業界での使用が可能です。PBPは、アルツハイマー病や癌などのいくつかの病気の治療に有益な効果を示すことも知られています。^[8]

フィコエリトリンは、光合成を担う主要なクロロフィル色素の補助色素です。光エネルギーはフィコエリトリンによって捕捉され、ほとんどの場合、フィコビリタンパク質のフィコシアニンとアロフィコシアニンを介して、反応中心のクロロフィルペアに渡されます。

フィコエリトリン 545 (PE545) を除くフィコエリトリン は、(αβ) モノマーが組み立てられて、32 または 3 対称で中央チャネルを囲む円盤状の (αβ) ₆ヘキサマーまたは (αβ) _{3トリマーに構成されています。}フィコビリソーム(PBS) では、各トリマーまたはヘキサマーには、中央チャネルに位置する少なくとも 1 つのリンカー タンパク質が含まれています。紅藻類由来の B-フィコエリトリン (B-PE) と R-フィコエリトリン (R-PE)には、α 鎖と β 鎖に加えて、クロモフォアを持っているため、リンカーと集光機能の両方に寄与する 3 番目の γ サブユニットがあります。^[2]

R-フィコエリトリンは主に紅藻類によって生産されます。このタンパク質は少なくとも 3 つの異なるサブユニットから構成され、生産する藻類の種類によって異なります。最も一般的な R-PE のサブユニット構造は (αβ) ₆ γ です。α サブユニットには 2 つのフィコエリスロビリン (PEB) が含まれ、β サブユニットには 2 つまたは 3 つの PEB と 1 つのフィコウロビリン (PUB) が含まれます。一方、異なるガンマ サブユニットには 3 つの PEB と 2 つの PUB (γ ₁ )、または 1 つまたは 2 つの PEB と 1 つの PUB (γ ₂ ) が含まれることが報告されています。R-PE の分子量は 250,000 ダルトンです。

タンパク質データバンク ^[12]で入手可能な結晶構造には、1つの（αβ）₂または（αβγ）₂非対称単位の異なるフィコエリトリンのが含まれています。

フィコエリトリン 545 (PE545) の想定される生物学的分子は (αβ) ₂または(α ₃ β)(α ₂ β)です。2 番目の式の α 文字の後の数字 2 と 3 は、ここでは鎖名の一部であり、数ではありません。α ₃鎖の同義語のクリプトフィタン名はα ₁鎖 です。

B-フィコエリトリン（B-PE）の最大の集合体は（αβ）₃トリマーである^{[9] [10]}。しかし、紅藻類からの調製物からは（αβ） ₆ヘキサマーも得られる^[2]。R-フィコエリトリン（R-PE）の場合、ここで想定される最大の生物学的分子は、他のタイプのフィコエリトリン（αβ） ₆については、発表内容に応じて（αβγ） ₆、（αβγ）₃（αβ）₃または（αβ）₆である。タンパク質データバンクのこれらのγ鎖は非常に小さく、認識可能なアミノ酸3つまたは6つのみからなる^{[15] [16]が、このセクションの冒頭で説明したリンカーγ鎖は大きい（例えば、}紅藻類Aglaothamnion neglectumのγ ³³の場合、277アミノ酸長で33  kDa）^{[17] [2]}。これは、ガンマポリペプチドの電子密度が3倍の結晶対称性によってほぼ平均化され、モデル化できるアミノ酸はごくわずかであるためである^{[15] [16] [18] [19]}。

(αβγ) ₆、(αβ) ₆または(αβγ) ₃ (αβ) ₃の場合、表の値は単に 3 倍にする必要があります。(αβ) ₃には、中間の数の非タンパク質分子が含まれています。(この不合理な論理は修正する必要があります)

上記のフィコエリトリン PE545 では、1 つの α 鎖 (-2 または -3) がビリンの 1 つの分子に結合し、他の例では 2 つの分子に結合します。β 鎖は常に 3 つの分子に結合します。小さな γ 鎖はどの分子にも結合しません。

β鎖にはN-メチルアスパラギン2分子、α（-3または-2）には5-ヒドロキシリジン1分子、α-3とβにはMg ²⁺¹分子、βにはCl ^-1分子、 SO 1～2分子が結合している。²⁻⁴
_...α または β に。

以下は、 Protein Data Bankの R-フィコエリトリンの結晶構造のサンプルです。

可視光スペクトルの吸収ピークは、結合した発色団と対象生物に応じて、495 および 545/566 nm で測定されます。強い発光ピークは575 ± 10 nm に存在します。(フィコエリトリンはわずかに青緑/黄色がかった光を吸収し、わずかにオレンジがかった黄色の光を放出します。)

PE545のPEBとDBVビリンも緑色のスペクトル領域で吸収し、それぞれ545nmと569nmで最大値を示します。蛍光発光の最大値は580nmです。^[3]

前述のように、フィコエリトリンはさまざまな藻類に含まれています。そのため、光合成を促進するために必要な光の吸収と放出の効率はさまざまです。これは、特定の藻類が通常生息する水柱の深さと、その結果として必要な補助色素の効率の高低によって生じる可能性があります。

急速な光退色を回避できる画像化および検出技術の進歩により、タンパク質蛍光体は顕微鏡、マイクロアレイ分析、ウェスタンブロッティングなどの分野の研究者にとって実行可能で強力なツールとなっています。これを考慮すると、研究者がこれらの可変 R-フィコエリトリンをスクリーニングして、特定の用途に最も適したものを決定することは有益である可能性があります。蛍光効率がわずかに上昇するだけで、バックグラウンド ノイズが低減し、偽陰性結果の割合が下がる可能性があります。

R-フィコエリトリン（PEまたはR-PEとも呼ばれる）は、シアノバクテリアの存在を示す蛍光ベースの指標として、また、フローサイトメトリーで最もよく使用される抗体の標識として、研究室で有用である。また、マイクロアレイアッセイ、ELISA、および高感度を必要とするが光安定性を必要としない他の用途にも使用される。^{[20]急速な}光退色特性のため、免疫蛍光顕微鏡での使用は限られている。また、B-フィコエリトリンなど、わずかに異なるスペクトル特性を持つ他のタイプのフィコエリトリンもある。B-フィコエリトリンは、約545 nm（わずかに黄緑色）で強く吸収し、代わりに572 nm（黄色）で強く発光するため、一部の機器に適している可能性がある。B-フィコエリトリンは、R-フィコエリトリンよりも「粘着性」が低く、特定の用途での非特異的結合によるバックグラウンド信号への影響が少ない可能性がある。^[要出典]しかし、R-PEは抗体コンジュゲートとしてより一般的に入手可能である。フィコエリトリン（PE、λA max = 540〜570 nm、λF max = 575〜590 nm）^[8]

R-フィコエリトリンおよび B-フィコエリトリンは、これまでに特定された中で最も明るい蛍光染料の 1 つです。

• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のフィコエリトリン