目次
LEM domain containingとは
LEMドメイン含有タンパク質（LEM domain-containing proteins）は、核膜に存在する特定のタンパク質群で、共通の「LEMドメイン」を持つことで知られています。LEMドメインは、核の内膜に結合するタンパク質に特有の構造で、主にクロマチン（DNAとタンパク質の複合体）や、エメリン（emerin）、ラミンA/C（lamin A/C）といった核骨格と相互作用することで、核の構造と遺伝子発現に重要な役割を果たします。
● 主な特徴と機能
1. 核膜安定化: LEMドメインを持つタンパク質は、核膜の内側で核骨格やクロマチンと結合し、核膜の安定化や形状維持を助けます。
2. 遺伝子発現の調節: LEMドメイン含有タンパク質は、クロマチンと相互作用することで、特定の遺伝子の発現を制御します。
3. DNA損傷修復と細胞分裂: これらのタンパク質はDNA損傷の修復や細胞分裂においても重要で、細胞の安定性と分裂後の正常な核構造の維持に寄与します。
● 主なLEMドメイン含有タンパク質の例
– エメリン（Emerin）: 筋ジストロフィーの一種であるエメリン症と関連するタンパク質で、筋細胞や心筋細胞の機能に関与します。
– ラプレチン（LAP2）: 細胞周期の進行や、細胞分裂時の核膜再構築に関与するタンパク質。
● 医学的意義
LEMドメインを持つタンパク質の異常は、筋ジストロフィーやラミノパチー（核膜病）といった疾患と関連しています。
LEM domain containingの構造
LEMドメインは、約40～50アミノ酸から成る短い構造モチーフで、クロマチンに結合し、核膜に特異的な役割を果たすドメインです。このドメインの名前は、LAP2（Lamina-associated polypeptide 2）、Emerin、MAN1といったタンパク質に共通して見られることに由来しています。LEMドメインを含むタンパク質は主に核膜の内側に位置し、クロマチンとの相互作用により、核構造の維持や遺伝子発現の調整に重要な役割を果たします。
● LEMドメインの構造
1. αヘリックス構造: LEMドメインは、通常1～2本のαヘリックスから成るシンプルな構造を持っています。これは、タンパク質同士の相互作用や、DNAとの結合に適しています。
2. DNA結合モチーフ: LEMドメインには、特にBAF（Barrier-to-Autointegration Factor）というDNA結合タンパク質との相互作用部位が含まれており、これを通じてクロマチン（DNAとヒストンの複合体）に結合します。この相互作用が、核の構造を安定させる重要な機構とされています。
3. クロマチン・リモデリング: LEMドメインは、BAFやその他の核内タンパク質と連携し、クロマチンの配置やリモデリングに関わります。これにより、特定の遺伝子発現が抑制または促進されることがあります。
● 構造機能的役割
LEMドメインの主要な役割は、核膜とクロマチンを連結することです。具体的には、LEMドメインを持つタンパク質がクロマチンに直接結合することで、核膜とDNAを安定的に配置し、核の形状維持や遺伝子発現調節に寄与します。
LEM domain containingの機能
LEMドメイン含有タンパク質は、主に核膜構造の維持や遺伝子発現の調節に重要な役割を果たしています。以下はLEMドメイン含有タンパク質の主な機能です。
● 1. 核膜とクロマチンの結合
– LEMドメイン含有タンパク質は、核膜内に存在し、クロマチン（DNAとタンパク質の複合体）と結合します。この結合によって核膜とクロマチンの直接的な相互作用が形成され、核の形状を安定させ、遺伝子の空間配置に影響を与えます。
● 2. 遺伝子発現の調節
– クロマチンと結合するLEMドメイン含有タンパク質は、クロマチンの配置や状態に影響を与え、特定の遺伝子の発現を抑制または促進することができます。これにより、特定の細胞機能が調節され、細胞の分化や適応に重要な役割を果たします。
● 3. 細胞周期と増殖の調節
– LEMドメイン含有タンパク質は、細胞分裂の際に核膜が再構築される過程にも関与しており、細胞周期の進行や増殖の調節に関わっています。これにより、細胞の正常な分裂が支えられています。
● 4. DNA修復とゲノムの安定性維持
– これらのタンパク質は、DNA損傷修復プロセスに影響を与え、ゲノムの安定性を維持するのにも寄与します。これにより、細胞が外的ストレスや損傷に対して応答し、遺伝子変異の発生を抑制します。
● 5. 細胞シグナリングの調節
– 一部のLEMドメイン含有タンパク質は、細胞シグナル伝達にも関与しており、成長因子やホルモンのシグナルに応答して細胞の挙動を調節します。これにより、細胞の成長や分化が外部環境に適応できるようになります。
● 6. 筋ジストロフィーや早老症などの疾患関連機能
– 特定のLEMドメイン含有タンパク質に欠陥が生じると、筋ジストロフィーや早老症など、核膜関連疾患が引き起こされることがあります。これらのタンパク質は核膜の安定化を通じて細胞の正常な機能を支えるため、欠損や異常が発生すると疾患につながります。
LEMドメイン含有タンパク質は、核構造とクロマチン動態の調節を通じて、細胞の多様な活動に不可欠な役割を果たしています。そのため、これらのタンパク質に欠陥があると、さまざまな遺伝性疾患や細胞老化が引き起こされることがあります。
LEM domain containingに属する遺伝子
LEMD1
LEMD2
LEMD3
TMPO
EMD
ANKLE1
ANKLE2
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
