ファセオリン（）は、インゲンマメ（Phaseolus vulgaris）の種子に含まれる主要な貯蔵タンパク質。7S型のビシリン系貯蔵タンパク質に属する糖タンパク質で、3個のサブユニットからなる三量体を形成し、子葉細胞のタンパク質貯蔵液胞に蓄積する。発芽後には子葉内で分解される。
インゲンマメのレクチンであるフィトヘマグルチニンや、α-アミラーゼ阻害タンパク質とは別のタンパク質である。分子型の違いはインゲンマメの遺伝資源や栽培化の研究に利用されてきたほか、食品タンパク質としての消化性も研究されている。
構造と性質 サブユニットと立体構造 ファセオリンのサブユニットの分子量はおよそ45–50 kDaである。各ポリペプチド鎖は、互いによく似た二つの構造単位を持つ。それぞれの単位はβバレルとαヘリックスを含む領域からなり、βバレルはジェリーロール型の折り畳み構造を取る。
X線結晶構造解析による立体構造は、1990年に3 Åの分解能で報告され、1994年には別の結晶形を用いた2.2 Åの構造解析が報告された。後者では、7S型貯蔵タンパク質で保存されているアミノ酸残基の構造上の役割が検討され、ビシリン系と11S型のレグミン系貯蔵タンパク質の構造的な関係を考察する基礎となった。これらの構造データは蛋白質構造データバンクに、それぞれ1PHS、2PHLとして登録されている。
糖鎖 ファセオリンにはN結合型糖鎖が付加されており、その構造と生合成過程が調べられている。1987年の研究では高マンノース型と複合型のオリゴ糖側鎖が解析され、ゴルジ体でのマンノース残基の除去や、N-アセチルグルコサミンおよびキシロースの付加を伴う糖鎖の加工が示された。糖鎖を結合する部位によって、糖鎖加工酵素に対する感受性が異なることも報告されている。
生合成と種子内での動態 合成と細胞内輸送 ファセオリンは種子の発達に伴って合成され、タンパク質貯蔵液胞、すなわちプロテインボディーに蓄積する。翻訳に伴って小胞体の内腔へ取り込まれ、その後ゴルジ体を経て貯蔵液胞へ輸送される。発達中の子葉を用いた免疫細胞化学的研究でも、小胞体とゴルジ体にファセオリンが検出されている。
液胞への選別輸送には、C末端にある4アミノ酸残基の配列AFVYが関与する。この配列を欠く変異タンパク質は三量体を形成できるが、タバコ細胞を用いた実験では液胞に蓄積せず細胞外へ分泌された。AFVYは液胞への到達後に除去される短いプロペプチドでもある。また、タバコ細胞での発現実験では、この選別輸送には処理能力の上限があり、過剰に発現させると一部がゴルジ体を経て細胞外に分泌されることが示されている。
発芽後の分解 発芽すると、蓄積されていたファセオリンは子葉で分解される。1987年の研究では発芽後7–10日間に分解が進み、これに関与するシステインプロテアーゼが子葉から精製された。この酵素はファセオリン鎖の限られた箇所を切断し、約23–27 kDaの断片を生じさせた。酵素活性は子葉タンパク質が減少し始める時期に現れ、実験条件下では発芽後5日頃に最大となった。
遺伝子 1983年に報告されたβ型ファセオリンに対応する遺伝子では、タンパク質をコードする領域は1,263 塩基対で、五つのイントロンによって分断されていた。推定アミノ酸配列のN末端にはシグナルペプチドに相当する疎水性領域があり、糖鎖付加部位となり得る配列も認められた。
cDNAの配列比較から、ファセオリンをコードする遺伝子群にはα型とβ型の二つの系統があることが示された。両者は高い配列類似性を持つ一方、コード領域内の反復配列の有無などによって区別される。1985年の解析では両遺伝子群の相同性は約98%とされ、共通の祖先遺伝子から分化したことが示唆された。
遺伝的多様性と栽培化研究 ファセオリンの分子型は、SDS-PAGEや等電点電気泳動によるバンドパターンで識別される。1986年には、中央アメリカと南アメリカのアンデス地域に由来する野生型106系統と在来品種99系統について比較が行われた。中央アメリカの野生型には、栽培型で知られていたS型に近いものに加え、栽培型には見いだされない多様なM型のパターンが認められた。この研究は、インゲンマメの栽培化の起源が複数あることを支持する証拠として報告された。
代表的な型にはS型（Sanilac）、T型（Tendergreen）、I型（Inca）がある。2016年に刊行された中国国家遺伝子銀行所蔵の40系統の調査では、S型が36系統、T型が4系統で、I型は認められなかった。
S型とT型は、それぞれメソアメリカ系とアンデス系の遺伝子プールを区別する指標として利用されてきた。また、ファセオリンをコードするPhs遺伝子座は種子重量との関連も研究されている。1996年の研究では、複数の交配集団と環境条件でファセオリン型と種子重量の関連が認められ、集団・環境によって種子重量の表現型変異の18–33%がこの遺伝子座との関連で説明された。著者らは、Phsを種子重量に関係する量的形質遺伝子座の候補として位置づけた。
食品タンパク質としての性質 アミノ酸組成と消化性 ファセオリンのアミノ酸組成と消化酵素による分解されやすさは、分子型や加熱処理によって異なる。43種類の精製ファセオリンを比較した研究では、栄養学的な制限アミノ酸は含硫アミノ酸であった。
同研究でペプシンによる120分間の処理とパンクレアチンによる240分間の処理を行うと、最終的な加水分解度は未加熱試料で11–27%、加熱試料で57–96%となった。これは精製タンパク質を用いたin vitro試験における加水分解度である。別のペプシン消化実験でも、未変性ファセオリンに比べ、100℃で30分間加熱したファセオリンは速く分解された。
アレルゲンとしての研究 ファセオリンは、インゲンマメのアレルゲン候補の一つとしても同定されている。2011年の研究では、マメ類に対するアレルギー歴を持つインドの喘息・鼻炎患者を対象とし、患者血清を用いたIgE結合試験と質量分析によって、ファセオリンを含む複数のインゲンマメタンパク質が同定された。
レクチン・アミラーゼ阻害物質との区別 インゲンマメ種子にはファセオリンのほかにも、フィトヘマグルチニンやα-アミラーゼ阻害タンパク質などが含まれる。これらは種子の発達期に合成され、タンパク質貯蔵液胞に蓄積するが、分子としては区別される。
+ インゲンマメ種子に含まれる主なタンパク質の区別 名称 性質 ファセオリン（phaseolin） ビシリン系の7S型貯蔵糖タンパク質。三量体を形成する。 フィトヘマグルチニン（phytohemagglutinin、PHA） インゲンマメの主要なレクチン。 α-アミラーゼ阻害タンパク質（α-AI） レクチン様タンパク質で、哺乳類や昆虫のα-アミラーゼを阻害する。
1975年にインゲンマメから精製され、ファセオラミン（phaseolamin）と命名されたのはα-アミラーゼ阻害物質である。この研究では、動物由来のα-アミラーゼに対する阻害が認められた一方、試験した植物・細菌・真菌由来のα-アミラーゼに対する阻害は認められなかった。
2006年の白いんげん豆食中毒事件について、厚生労働省は、番組で紹介された短時間の加熱では豆の内部まで十分に熱が通らず、レクチン活性が残存したことによる中毒と推定した。患者が食べた豆の残品には生豆と同程度のレクチン活性が認められており、原因調査で問題とされたのは加熱不足の豆に残ったレクチンであった。
研究への利用 ファセオリンは、植物細胞におけるタンパク質の会合、品質管理、液胞への輸送を調べる実験材料として用いられている。例えば、小胞体への局在に関与するKDEL配列をC末端に付加すると、タバコ細胞内での安定性や輸送経路が変化することが報告されている。また、三量体形成に関わる領域と、分子シャペロンBiPとの結合部位の関係も解析されている。
タンパク質工学の研究では、ファセオリンとトウモロコシのγ-ゼインを組み合わせた融合タンパク質「ゼオリン」（zeolin）が作製された。通常は異なる細胞内区画に蓄積する二つの種子貯蔵タンパク質を組み合わせ、貯蔵タンパク質の蓄積と細胞内局在を研究する試みである。
脚注
関連項目 インゲンマメ 糖タンパク質 液胞
外部リンク Phaseolin, alpha-type（P07219） - UniProt Phaseolin, beta-type（P02853） - UniProt Phaseolin（2PHL） - RCSB Protein Data Bank