CaPLSs（カルシウム活性化ホスホリピドスクランブラー）およびCaCCs（クロライドチャネル）からなるTMEM16ファミリーは、共通の10本の膜貫通ヘリックス（TM）構造、すなわち疎水性のリピド透過溝を取り巻く構成によって、血液凝固の制御やアポトーシスシグナル伝達など多様な生理機能を担う。TMEM16ファミリーメンバーの機構研究は、配列の番号付け系が異なるパラログ間で構造的に相同な残基を直接比較するための統一された位置参照枠組みの欠如によって妨げられてきた。そこで本研究では、クラスA GPCRに対して確立されたBallesteros & Weinsteinの体系をモデルとして、TMEM16スクランブラーのための汎用的数え上げスキーム（GNS-TMEM16）を導入する。参照アラインメント（TMEM16-RA）は、構造に基づくClustalWアラインメントを用いて10本のTMヘリックスを整列させ、ヒトおよびマウスの12種類のTMEM16（TMEM16C/D/E/F/G/J）から構築した。このアラインメントから、各ヘリックスに対するTM特異的参照残基（TsRR）を、3つの基準を階層的に適用して同定した：（1）コア領域におけるTMEM16-RAでの100%保存，（2）nhTMEM16、afTMEM16、TMEM16K、TMEM16A、TMEM16Bから成る、系統的により遠縁なホモログ群を組み込んだ拡張参照アラインメント（TMEM16-ARA）での保存，（3）ヘリックス攪乱性、溝への局在、保存モチーフの所属、そして中央TM位置などの構造的・機能的考察。その結果得られた10個のTsRRは、Y1.50、W2.50、R3.50、E4.50、F5.50、P6.50、E7.50、D8.50、W9.50、E10.50であり、mTMEM16Fにおいて模式化する。各残基には、TM番号をN、TsRRに対する相対位置をm（ここではm=50）、絶対配列番号をkとする識別子N.m(k)を割り当てる。ループ残基には、隣接する両ヘリックスのTsRRを参照して二重の識別子を付与する。GNS-TMEM16の適用例として、N.mインデックスによって同定された残基間のペアワイズ距離を用い、mTMEM16F、afTMEM16、nhTMEM16間で対応するものを比較した。結果は、異なるTMEM16タンパク質における対応残基同定の利点を明らかにし、哺乳類のスクランブラーが、真菌ホモログのいずれよりも、細胞外側の溝入口で実質的に大きい分離を示すことを示した。さらに、N.m対応に導かれた変異導入データから、保存された（E3.55, R6.26）の塩橋部位では、nhTMEM16におけるAla置換は活性を100倍以上低下させる一方、afTMEM16では2倍未満の低下にとどまることが分かる。これは、GNSが残基の機能的同等性を意味せずとも位置の構造的同等性を同定することを示しており、パラログ間での機構的解釈を可能にするという点でGNSが持つ明確な利点である。加えて、mTMEM16Fとの構造重ね合わせを用い、AlphaFold予測モデルを含めた未解明のタンパク質配列へGNS-TMEM16を拡張するためのプロトコルも記述する。以上により提示されたGNS-TMEM16は、共通の膜貫通折りたたみを共有する他の多回膜貫通膜タンパク質ファミリーにも適用可能な構築戦略を利用し、TMEM16ファミリーにわたる構造的・計算的・機能的データの統合と比較解析のための安定した位置参照を提供する。
https://doi.org/10.64898/2026.09.01.748741