接合突起の比較プロテオミクスによる同型配偶子の接着と融合の分子メカニズムの解明

• Project Area: Elucidation of Common Mechanisms for Allogeneic Authentication in Animals and Plants
• Project/Area Number: 24112707
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 野崎 久義 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40250104)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2013: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 配偶子融合因子 / プロテオミクス / 同型配偶 / 雌雄性 / 有性生殖 / 同型配偶子 / 分子メカニズム / 接合突起

Research Abstract

近年陸上植物から、配偶子の融合に働くタンパク質GCS1(GENERATIVE CELL SPECIFIC 1)が発見された（Mori et al. 2006 Nat. Cell Biol.）。GCS1は、高等動植物を含む真核生物の幅広い系統で保存されているため、真核生物に共通する配偶子融合メカニズムの解明の糸口として注目されている。GCS1は、多くの生物で雄側の配偶子で働くことが知られていたが、「どのようなメカニズムによってGCS1の働きが雄側に限定されているのか」に焦点を当てた研究はなかった。本年度、二つの性(プラス/マイナス)の間で配偶子のかたちに差異のない同型配偶の緑藻ゴニウム(Gonium pectorale)を用いて、GCS1タンパク質がそれぞれの性で異なった制御を受けていることを明らかにした。ゴニウムでは両性の配偶子は、活性化するとそれぞれ前方部に突起状の構造（接合突起）を伸ばし、両性の接合突起が接着し融合することで接合が始まる。本研究の結果、マイナス交配型（雄に相当）配偶子では、活性化前はGCS1タンパク質が細胞の前方部（接合突起の原基）に局在し、活性化されると接合突起の表面に移行することが分かった。これに対し、プラス交配型（雌に相当）配偶子では、活性化前はGCS1タンパク質が細胞の内部に留まり、活性化に伴って消失することが分かった。これらの制御メカニズムにより、GCS1はマイナス交配型特異的に働くことができると考えられる(Kawai-Toyooka et al. 2014, Eukaryotic Cell)。
また、ゴニウムのプラスとマイナス交配型それぞれの接合突起が集積した分画のSDS-PAGE解析を実施した。ゴニウムの全ゲノム情報が利用できるようになったので、両交配型でバンドの差をTOFMS 解析して遺伝子を同定した。これらの遺伝子の中にGpFUS1 の相互作用因子、GCS1の相互作用因子に関連したものが含まれている可能性がある。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sex-specific post-translational regulation of the gamete fusogen GCSI in the isogamous volvocine alga Gonium pectorale. (2014)
  • Author(s): Kawai-Toyooka H, Mori T, Hamaji T, Suzuki M, Olson BJ, Uemura T, Ueda T, Nakano A, Toyoda A, Fujiyama A, Nozaki H
  • Journal Title: EUkaryotic Cell Volume: (in press) Issue: 5 Pages: 648-656
  • DOI: 10.1128/ec.00330-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New "missing link" genus of the colonial volvocine green algae gives insights into the evolution of oogamy. (2014)
  • Author(s): Nozaki H., Yamada T. K., Takahashi F., Matsuzaki R., & Nakada T.
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology Volume: 14 Issue: 1 Pages: 37-37
  • DOI: 10.1186/1471-2148-14-37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A rickettsial endosymbiont inhabiting the cytoplasm of Volvox carteri (Volvocales, Chlorophyceae). (2014)
  • Author(s): Kawafune, K., Hongoh, Y. and Nozaki, H.
  • Journal Title: Phycologia Volume: 53 Issue: 1 Pages: 95-99
  • DOI: 10.2216/13-193.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution of the sex-determining gene MID and molecular correspondence of mating types within the isogamous genus Gonium (Volvocales, Chlorophyta). (2013)
  • Author(s): Hamaji T, Ferris PJ, Nishii I, Nishimura Y, Nozaki H
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 8 Issue: 5 Pages: e64385-e64385
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0064385
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Simplest Multicellular Organism Unvailed. (2013)
  • Author(s): Yoko Arakaki・Hiroko Kawai-Toyooka・Yuki Hamamura・Tetsuya Higashiyama・Akira Noga・Masafumi Hirono・Bradley J. S. C. Olson・Hisayoshi Nozaki.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 8 Issue: 12 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0081641
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mitochondrial and plastid genomes of the colonial green alga Gonium pectorale give insights into the origins DNA architecture within the Volvocales. (2013)
  • Author(s): Takashi Hamaji
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 2 Pages: e57177-e57177
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0057177
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] EVIDENCE FOR TUBULAR MATING STRUCTURES INDUCED IN EACH MATING TYPE OF HETEROTHALLIC GONIUM PECTORALE (VOLVOCALES, CHLOROPHYTA) (2012)
  • Author(s): Mogi Y, Hamaji T, Suzuki M, Ferris P, Mori T, Kabeya Y, Miyagishima S, Nozaki H
  • Journal Title: Journal of Phycology Volume: 47(印刷中) Issue: 3 Pages: 670-674
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01149.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Description of two new monoecious species of Volvox sect.Volvox (Volvocaceae, Chlorophyceae), based on comparative morphology and molecular phylogeny of cultured material (2012)
  • Author(s): Nanako Isaka
  • Journal Title: Journal of Phycology Volume: (印刷中) Issue: 3 Pages: 759-767
  • DOI: 10.1111/j.1529-8817.2012.01142.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular identification of rickettsial endosymbionts in the non-phagotrophic volvocalean green algae (2012)
  • Author(s): Kawafune K, Hongoh Y, Hamaji T, Nozaki H
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7 Issue: 2 Pages: e31749-e31749
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0031749
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Case Study for Effects of Operational Taxonomic Units from Intracellular Endoparasites and (2012)
  • Author(s): Hisayoshi Nozaki,
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 7 Issue: 11 Pages: e50827-e50827
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0050827
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 接合突起の比較プロテオミクスによる同型配偶子の接着と融合の分子メカニズムの解明 (2013)
  • Author(s): 野崎久義、鈴木雅大、豊岡博子、茂木祐子、浜地貴志
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第7回領域会議
  • Place of Presentation: くにびきメッセ、松江市
  • Invited
• [Presentation] ゲノム情報から探る群体性ボルボックス目の配偶子融合の分子機構 (2013)
  • Author(s): 豊岡博子、森稔幸、浜地貴志、鈴木雅大、豊田敦、野口英樹、藤山秋佐夫、野崎久義
  • Organizer: 新学術領域研究「動植物アロ認証」第7回領域会議
  • Place of Presentation: くにびきメッセ、松江市
• [Presentation] 群体性ボルボックス目で探る配偶子融合の分子メカニズムとその進化 (2013)
  • Author(s): 豊岡博子、浜地貴志、茂木祐子、鈴木雅大、森稔幸、野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第77回大会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス、札幌市
  • Invited
• [Presentation] Mating type-specific two-step regulation for the fusogen GCS1 in the isogamous volvocine alga Gonium pectorale (2013)
  • Author(s): Kawai-Toyooka, H., Mori, T., Hamaji, T., Suzuki, M., Olson, B. J. S. C. and Nozaki, H.
  • Organizer: Second International Volvox Conference
  • Place of Presentation: University of New Brunswick. Fredericton, New Brunswick, Canada
• [Presentation] The colonial volvocalean greens introduce us to “200 MY time travel” for origin of female and male genders (2013)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: 日本遺伝学会第85回大会公開特別シンポジウム
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学日吉キャンパス、横浜市
  • Invited
• [Presentation] 群体性ボルボックス目Gonium pectorale のオルガネラゲノム (2013)
  • Author(s): 浜地貴志、Smith DR、野口英樹、豊田敦、鈴木雅大、豊岡博子、藤山秋佐夫、西井一郎、Marriage T、Olson BJSC、野崎久義
  • Organizer: 日本藻類学会第37回大会
  • Place of Presentation: 山梨大学甲府西キャンパス、甲府市
• [Presentation] 群体性ボルボックス目ゴニウムにおける配偶子融合因子GCS1オルソログの解析 (2012)
  • Author(s): 豊岡博子、森 稔幸、浜地貴志、鈴木雅大、Bradley J. S. C. Olson、豊田 敦、藤山秋佐夫 、野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第76回大会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス、姫路市
• [Presentation] 群体性ボルボックス目における多細胞化初期段階の形態進化 (2012)
  • Author(s): 新垣陽子、豊岡博子、浜村有希、東山哲也、野崎久義
  • Organizer: 日本植物学会第76回大会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス、姫路市
• [Presentation] 雌雄性の起源を探る進化生物学 - 愛するだけならメスとオスはいらない - (2012)
  • Author(s): 野崎久義
  • Organizer: 名古屋大学生命理学特別講義セミナー
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス、名古屋市
  • Invited
• [Presentation] Origin of female/male gender as deduced by the mating type loci of the colonial volvocalean greens (2012)
  • Author(s): Nozaki, H.
  • Organizer: International Symposium on the Mechanisms of Sexual Reproduction in Animals and Plants
  • Place of Presentation: Hotel Nagoya Garden Palace, Nagoya
  • Invited
• [Remarks] 世界最小の多細胞生物の発掘
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/47.html
• [Remarks] はじめて分子同定された植物細胞内感染性リケッチア
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/09.html
• [Remarks] ボルボックスの2新種、DNA配列データに基づき世界で初めて発見
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2012/22.html