世界初、代謝の謎「メタボロン」の部分構造と機能を解明 ―酵素を正しく導く新原理「GATEメカニズム」―

【発表のポイント】

植物代謝^{（注 1）}に関わる不安定な酵素複合体「メタボロン」^{（注 2）}の部分構造を原子レベルで解明し、代謝制御の新たな仕組みを明らかにしました。
主役の酵素に補助タンパク質が一過的に結合し、「動的な導き手」として構造を整え、正しい反応へと導く「GATE メカニズム」を見いだしました。
本成果は、生命に共通する代謝制御の原理となる可能性があり、合成生物学や代謝工学など幅広いバイオ分野への応用が期待されます。

【概要】

細胞内の代謝では、複数の酵素が緩やかに集まり「メタボロン」と呼ばれる集合体を形成することが知られています。しかし、このメタボロンは非常に不安定で、その構造や代謝制御の仕組みはこれまで明らかになっていませんでした。
東北大学大学院工学研究科の今泉璃城特任助教、和氣駿之准教授は、東北大学大学院生命科学研究科の佐藤恭平学振特別研究員、横山武司助教（現・北海道大学大学院水産科学研究院准教授）、田中良和教授らとメタボロンの部分構造とその機能を、世界で初めて原子レベルで解明しました。研究グループは、植物のフラボノイド^{（注 3）}合成に関わるカルコン合成酵素（CHS）と、それを補助するタンパク質 CHIL との複合体構造を解析しました。その結果、CHIL が CHS の活性部位^{（注 4）}の構造を変化させ、不安定な反応を正確に制御していることを明らかにしました。このとき CHIL は、主役の酵素に寄り添いながら働く「動的な導き手」として機能してることが分かりました。さらに、このような一過的なタンパク質間相互作用により酵素の活性部位が調整され、代謝の正しい入口（ゲート）へ導かれる仕組みを、「GATE（GuidedActive-site Tuning via transient Enzyme association）メカニズム」と名付けました。
本成果は、科学誌 Nature Catalysis に、2026 年 6 月 15 日付で掲載されました。

図1. 細胞内におけるメタボロン（酵素複合体）形成による効率的なフラボノイド合成の概要図

【用語説明】
注1. 代謝

生命活動は、生体内で起こる多数の化学反応によって支えられている。これらの反応はある反応の生成物が次の反応の材料となるように連続した経路を形成しており、このような一連の反応の流れを代謝または代謝経路と呼ぶ。各反応は、それぞれ特定の酵素と呼ばれるタンパク質によって進められる。

注2. メタボロン

代謝経路を構成する複数の酵素が、細胞内でゆるく結合して形成すると考えられている酵素複合体。約 40 年前からその存在が提唱されてきた。メタボロンを形成することで、不安定な中間体を効率よく次の酵素に受け渡したり、有害な中間体の拡散を防いだりする利点があると考えられている。一方で、その結合は弱く可逆的であるため、検出が難しく、実体の解明は困難とされてきた。

注3. フラボノイド

陸上植物がつくる化合物群で、C6–C3–C6 の基本構造を持つ。花の赤・青・紫色の多くはアントシアニンと呼ばれるフラボノイドに起因し、黄色の花色にもオーロンというフラボノイドの一種が関与する。フラボノイドは花色の発現を通じて植物の生殖に関わる他、病害虫や環境変化への応答、微生物との共生など、植物の生存に重要な役割を果たす。また、ヒトにおいても、健康機能を持つ成分として知られている。

注4. 活性部位

酵素分子の表面や内部に存在し、特定の反応物質（基質）が結合して化学反応が起こる部位。

【論文情報】

タイトル：Transient dynamics of flavonoid metabolons tune chalcone synthase specificity
著者：
東北大学大学院工学研究科特任助教今泉璃城*（共同筆頭著者）
東北大学大学院工学研究科准教授和氣駿之*（共同筆頭著者）
徳島大学先端酵素学研究所学術研究員服部良一
理化学研究所放射光科学研究センター利用技術・システム開発研究部門生物
系ビームライン基盤グループ研究員竹下浩平
金沢大学自然科学研究科物質化学専攻大学院生隅田深瑠
金沢大学理工研究域数物科学系准教授川口一朋
北海道大学大学院先端生命科学研究院学術専門職久米田博之
金沢大学ナノ生命科学研究所特任准教授梅田健一
東北大学大学院生命科学研究科学振特別研究員佐藤恭平
金沢大学理工研究域物質化学系特任助教（当時）矢内太朗
兵庫県立大学大学院理学研究科助教松浦滉明
東北大学大学院生命科学研究科（現・北海道大学大学院水産科学研究院准
教授）横山武司
金沢大学ナノ生命科学研究所研究員太村理沙
金沢大学ナノ生命科学研究所中谷佳代
高輝度光科学研究センター主幹研究員坂井直樹
東北大学大学院工学研究科研究員川極幸村
東北大学大学院工学研究科大学院生（当時）土井大和
金沢大学理工学域物質化学類学部生（当時）安田あおい
東北大学大学院工学研究科大学院生（当時）中野拓也
東北大学大学院工学研究科大学院生（当時）宇野海地
金沢大学自然科学研究科物質化学専攻大学院生（当時）吉田城啓
東北大学大学院工学研究科学部生（当時）綱島京
徳島大学先端酵素学研究所教授齋尾智英
東北大学大学院生命科学研究科教授田中良和
東北大学大学院工学研究科教授高橋征司
金沢大学ナノ生命科学研究所教授古寺哲幸
金沢大学理工研究域物質化学系教授片岡邦重
理化学研究所放射光科学研究センター利用技術・システム開発研究部門部
門長山本雅貴
金沢大学理工研究域物質化学系准教授山下哲（共同責任著者）
東北大学名誉教授中山亨（共同責任著者）
掲載誌：Nature Catalysis
DOI：10.1038/s41929-026-01551-6
URL：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01551-6

詳細（プレスリリース本文）

東北大学大学院生命科学研究科 Graduate School of Life Sciences, Tohoku University

東北大学大学院生命科学研究科 Graduate School of Life Sciences, Tohoku University.