A Preliminary Report on My Life in Science (2010) ー トム・A・ラポポート
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医学生・医師の先生がたはサイエンスと聞くと何を感じますか？思いますか？賢そう・難しそう・人によっては楽しそう？と感じると思います。でも同時に深く知れば知るほど、難しい・厳しいと感じると言う人もいます。
もしサイエンスが好きだという人は、ぜひこの記事を読んでください! サイエンスとは何か、T
A Preliminary Report on My Life in Science, Tom A. Rapoport, Molecular Biology of the Cell, 2010 Nov 15;21(22):3770-3772. doi:10.1091/mbc.E10-05-0398
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A Preliminary Report on My Life in Science
Tom A. Rapoport
私が科学に早くから興味を持つようになったのは、主に両親のおかげです。夕食の席での刺激的な議論がそのきっかけでした。最初に惹かれたのは数学で、特に数学オリンピックで出題される思考問題が大好きでした。これらの大会でそこそこ成功したおかげで、数学と科学に特化した特別高校に進学することができました。
しかしすぐに、数学オリンピックの問題は「本物の数学」ではないことに気づきました（兄は本物の数学者になったのですが、よくそのことを指摘してきました）。その後、ポーリングの『一般化学（General Chemistry）』を読んで化学に魅了されました。化学を専攻して学び始めましたが、3年後に生化学に転向しました。少し気まずかったのは、父が生化学研究所の所長だったことです。これは必ずしも有利には働きませんでした。たとえば、私が一度洪水を起こしたとき、父は罰として、被害を受けた部屋（自分のオフィスも含む）を塗り直すように命じたのです。
東ドイツではちょうど、博士号を取得するための特異な制度が設けられたばかりでした。2人で組んで共同で博士論文を提出できたのです。そこで私は友人ヴォルフガング・ヘーネと一緒に学位を取得しました。私たちは無機ピロリン酸加水分解酵素の酵素学的メカニズムを研究していました。
博士課程の終盤で、父が代謝の数理モデルを作るために雇った理論物理学者ラインハルト・ハインリッヒに出会いました。私たちはすぐに意気投合し、父に促されて、代謝経路全体のフラックスや代謝物濃度の制御における酵素の重要性を定量的に記述する概念を発展させました（Heinrich and Rapoport, 1973）。この理論は現在「代謝制御解析（Metabolic Control Analysis, MCA）」として知られ、KascerとBurns（1973）によって独立に開発されました。この理論的研究により、1979年にラインハルトと私は共同でドイツの教授資格（Habilitation）を取得しました。再びチームで論文を書いたのです！ 私たちの主論文（Heinrich and Rapoport, 1974）は、今でも私の最も引用されている論文です。MCAは「システム生物学」の最初期の貢献の一つとされています。その後も私はラインハルトと繰り返し共同研究を行いましたが、2006年、36年にわたる友情と協力ののち、彼は突然亡くなりました。享年60歳でした。
理論的研究と並行して、私は分子生物学にも足を踏み入れました。ベルリン＝ブーフの科学アカデミー分子生物学研究所で、ジナイダ・ローゼンタールの研究グループに参加したのです。ジナイダは国に遺伝子工学を導入したいと考え、インスリンmRNAのクローニングを決意していました。私に与えられた課題はそのmRNAを精製することでしたが、ヒトインスリンは手の届かない目標であるとすぐに気づきました。しかし、魚類（ブロックマン小体）のランゲルハンス島は哺乳類よりずっと大きく、外分泌膵から分離していることを知りました。私はドイツで正月に食される鯉（コイ）を使うことにしました。コイを解剖する日は研究室総出の作業でした。長いテーブルの両側に並び、清掃係がコイを締め、私たちはブロックマン小体を取り出しました。残りの部分は研究所の前に並ぶ人々に安く販売され、私たちはベルリンでちょっとした人気者になりました。実際にコイのインスリンをクローニングできたのは数年後のことでしたが、最終的にヒトインスリンの報告（ギルバートら）に遅れて成功しました。その過程で、東ドイツで初めてタンパク質および遺伝子配列を決定しました。
東ドイツでの研究は何もかも困難でした。試薬や資材のほとんどは西側から購入する必要があり、私の研究費は年間およそ1,000ドルしかありませんでした。しかも注文は1年前に行わなければなりません。そこで各研究所が特定の化学物質を自作して交換するシステムを作りました。私の担当は数ヶ月ごとに100ミリキュリーの[³⁵S]メチオニンを合成することでした。エッペンドルフチューブやピペットチップは再利用し、学術誌は数ヶ月遅れて届きました。西側との接触や渡航は厳しく制限されていました。私は幸運にも、10年後にようやくアメリカへの渡航を許可されました。その間、アメリカの科学者たち—ドン・スタイナー、ハーヴェイ・ロディッシュ、ギュンター・ブローベル、ピーター・ウォルター、リラ・ギエラシュ、リック・クラウスナーら—には本当に助けられました。アメリカでの講演の謝礼金を使って試薬を購入したものです。FBIは私の訪問後、私が「本物の科学者」かどうかを確認するために、各ホストに電話をかけていたそうです。帰国時には試薬とドライアイス入りの箱を山のように抱えていたので、空港では尺取り虫のように少しずつ荷物を前に運びました。当時は今ほど空港のセキュリティが厳しくなかったのが幸いでした。
それでも、私たちは科学を行い、楽しむことができました。限られた予算の中で実験を計画的に進める必要があり、ゲルにサンプルを流す順番さえ議論しました。そのおかげで、コントロールや結論を常に慎重に考える訓練になりました。私の経験から言えるのは、どんなに不利な環境でも科学の進歩に貢献できるということです。最も大切なのは、研究室に刺激的な雰囲気を作ることです。ベンチでの気軽な議論、論文を遠慮なく批判する姿勢、自由なアイデア交換、実際にはできなくても実験を提案する勇気――これらはどこでも可能です。科学は本質的に共同作業です。賞などからは個人の成果が強調されがちですが、国際的な科学者コミュニティの一員であることこそ、この仕事の最も素晴らしい点の一つだと思います。
コイのインスリンmRNAをクローニングしたことをきっかけに、私はタンパク質の膜透過（translocation）の研究に足を踏み入れました。mRNAを試験管内で翻訳するとプレプロインスリンができたのですが、これはギュンター・ブローベルが提唱した「シグナル仮説（signal hypothesis）」の講演を聞いた後に理解したことでした。私はシグナル配列がどのように認識され、ポリペプチドが膜をどのように通過するのかに興味を持ちました。
最初の成果は、ロシア・プーシチノのタンパク質研究所にいたサーシャ・ギルショヴィッチとその妻レナ・ボチカレワとの共同研究で得られました。アート・ジョンソンが「ε-アセチル化リシルtRNAがポリペプチドに組み込まれる」ことを示した研究（Johnson et al., 1976）に基づき、私たちはアミノ酸に光反応性基を付け、合成中のポリペプチドのシグナル配列がシグナル認識粒子（SRP）のサブユニットに光架橋できることを示しました（Kurzchalia et al., 1986）。その後、光架橋法を用いて、シェクマンの研究室によって遺伝学的に発見されたSec61pが膜通過中のポリペプチド鎖を取り囲んでいることを示しました（Mothes et al., 1994）。これはSec61pがタンパク質輸送チャネルを形成しているという最初の証拠となりました。
さらに私の学生ディルク・ゲルリッヒの研究によって、精製した転送因子を使った再構成実験が行われ、Sec61p複合体――Sec61pと2つの小さなポリペプチドからなる三量体膜タンパク質複合体――が膜輸送に必要不可欠な成分であることが示されました（Görlich and Rapoport, 1993）。
また、真核生物のSec61複合体と細菌のSecY複合体が共通の祖先を持つことを見出しました。さらに、ウィックナーとミズシマらによる大腸菌成分の再構成実験によって、タンパク質輸送に関する統一的なモデルが確立されました。これは研究室全体にとって非常に刺激的な時期でした。ドイツ再統一による“突然の富裕化”のおかげで、この研究は一気に加速しました。実際、ドイツを離れる頃には7件の研究助成をすべて満額で獲得しており、一時は世界中のジギトニンを買い占めたほどでした。もっとも、それ以上に素晴らしかったのは学生たちで、今では多くが大学教授として活躍しています。
1995年にアメリカへ移住したとき、ほとんどの学生が同じ飛行機で一緒に渡米しました。学内ではすぐに「ザ・ジャーマンズ」と呼ばれるようになりました。私たちは引き続きタンパク質転送のメカニズムを研究しましたが、やがてこの分野の真の進展には構造情報が不可欠だと感じました。ボストン大学のクリス・エイキーと電子顕微鏡による研究を始めましたが、その後SecY複合体のX線結晶構造解析に挑戦することを決意しました。ほとんどの人は「無謀だ」と思っていましたし、正直、私自身も楽観的ではありませんでした。しかし、スティーブ・ハリソンとの共同研究の末、ついに成功したのです（Van den Berg et al., 2004）。
成功の要因はいくつもありました。適切な界面活性剤を選択したこと、アーキア由来のSecYを用いたこと、3つのサブユニットすべてを発現させたことなどです。最大の功労者は3人のポスドク――バート・ファンデンベルク、ビル・クレモンズ、イアン・コリソン――でした。モデルを改良するにつれて、チャネルの構造が少しずつ見えてきて、すべてが理屈としてつながった瞬間は本当に興奮しました。チャネルがどのように開き、膜タンパク質を組み込み、小分子の通過を防ぎながらポリペプチドを通すかを説明できたのです。X線結晶学を学ぶのはまるで冒険でした。私は自分を本格的な構造生物学者とは言えませんが、他の人にもぜひこうした大胆な挑戦をしてほしいと思っています。
その後、SecYとSecA ATPaseの複合体構造を決定し（Zimmer et al., 2008）、SecAがどのようにポリペプチドをチャネルへ押し込むのかを明らかにしました。タンパク質転送の研究を始めて30年以上が経ちましたが、粘り強く続けてきて本当に良かったと思います。それでも、まだ解明すべき興味深い課題が山ほど残っています。今後の大きな目標の一つは、実際にポリペプチドを転送している“作動中”のチャネル構造を明らかにすることです。
アメリカ移住後ほどなくして、研究室ではまったく新しいテーマにも取り組み始めました。キネシン、コレラ毒素や非エンベロープウイルスの細胞質内侵入、シャペロンBiPの作用機構、枯草菌の胞子形成時におけるDNA輸送、ビタミンKエポキシド還元酵素の構造と機構などです。これらの多くは、それぞれの研究者が独立して研究室を離れる際に持ち出しました。
しかし、二つのテーマは今も私の「ライフワーク」となっています。一つは、誤って折りたたまれたタンパク質が小胞体（ER）から細胞質へ移動し、プロテアソームで分解される「小胞体関連タンパク質分解（ERAD）」経路のメカニズムです。これまでにいくつかのERAD構成因子を同定してきましたが、タンパク質が膜をどう越えるのかはいまだ謎のままです。もう一つの大きなテーマは、小胞体の形態形成の仕組みです。試験管内でERネットワーク形成を再現できるアッセイから始め、ERチューブ形成に必要な膜タンパク質や、それらを融合させてネットワークを形成するGTPaseを同定しました。最近では、ERシート構造の形成にも関心を持っています。この新しい研究分野を始めてからすでに10年近くが経ちますが、まだ学ぶべきことは数多く残っています。
若い研究者が「もう重要な発見は出尽くした」と言うのを耳にすると、私はいつも驚きます。私の経験から言えば、掘ればどこにでも金脈はあるのです。あるときは狙って問題を解決し、またあるときは偶然に出会います。重要で興味深い生物学的問題に取り組むべきだと思います。人生は短いのですから、些細なことに時間を費やすのはもったいない。ただし、成果を得るには長い時間がかかります。通常、少なくとも10年は必要です。異なる分野での訓練は非常に有用で、新しい領域に飛び込む際の自信にもつながります。
私は、生物学的プロセスの「メカニズム」を理解することを目的とした研究を強く支持しています。理想的な研究とは、細胞レベルで見られる複雑な現象から出発し、最終的には精製した分子を用いてそのプロセスを再現し、構造的・機構的レベルで理解するものだと考えています。もちろん科学のやり方は他にもありますが、最近は流行の技術に過度に依存し、表面的な記述に終わる研究が多すぎるように感じます。本当の「洞察」や「発見」に勝る興奮はありません。たとえ小さな実験でも、うまくいけば一日が輝くほど嬉しいものです。
私は、大胆で包括的なモデルを提案するのが大好きです。若い同僚たちは「間違っていたらどうするんですか」と心配しますが（笑）、それでも構いません。研究室に民主的で協調的、そしてユーモアのある雰囲気があること――学生やポスドクたちと一緒に発見の興奮を共有し、彼らが独立した研究者として成長していく姿を見ること――それこそが、科学者という仕事の素晴らしさだと思います。
最後に
皆さんはどう感じられましたか？
最近発表された伝記もあります (https://www.annualreviews.org/docserver/fulltext/biochem/93/1/annurev-biochem-030122-040444.pdf?expires=1760327647&id=id&accname=guest&checksum=83699D59C222873B358EB7D479BD547A)。
留学ではこのようなボスと一緒に働くことができます。皆さん一度きりの人生、後悔のないように生きてください。
