粘菌細胞における分化の調節機構

• 研究課題/領域番号: 06044234
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 竹内 郁夫 岡崎国立共同研究機構, 機構長 (90025239)
• 研究分担者: JOHN Bonner プリンストン大学, 名誉教授 ; RICH Firtel カリフォルニア大学, サンジェゴ校, 教授 ; VIDYANAND Na インド科学研究所, 教授 ; MICHEL Veron パスツール研究所, 教授 ; JEFFERY Will 英国帝国がん研究所, 教授 ; 前田 みね子 大阪大学, 理学部, 助手 (70029700) ; 岡本 浩二 京都大学, 理学部, 教授 (10029944) ; 前田 靖男 東北大学, 理学部, 教授 (50025417) ; FIRTEL Richard University of California of SanDiego ; BONNER John T. Princeton University ; MANJUNDISH Vidyanand Indian Institute of Science ; VERON Michel Pasteur Institut ; MINEKO Maeda Osaka University, Faculty of Science ; WILLIAMS Jeffrey G. Imperial Cancer Research Fund ; BONNER John プリンストン大学, 名誉教授 ; NANJUNDIAH V インド科学研究所, 教授 ; VERON Michel パスツール研究所, 教授 ; WILLIAMS Jef ロンドン大学, 教授 ; 田坂 昌生 京都大学, 理学部, 助教授 (90179680)
• 研究期間 (年度): 1994 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円); 1995年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 1994年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
• キーワード: 細胞分化 / 遺伝子発現 / 細胞増殖 / 細胞周期 / 細胞内情報伝達 / 細胞性粘菌 / パターン形成

研究概要

細胞性粘菌の細胞は増殖の終了を契機として発生を開始し、やがて個々の細胞が集合して多細胞体をつくる。多細胞体はナメクジ形の組織(移動体)になり、その前後に2種類の細胞(予定柄および予定胞子)が分化する。子実体の形成にあたって、前者は子実体の柄細胞に、後者は胞子細胞に分化し、発生が完了する。
この発生系を用いて、以下の研究を行った。
(1)細胞の増殖と分化の関連
組織形成後に細胞が予定柄あるいは予定胞子のいずれに分化するかという傾向が増殖終了時の細胞周期に依存して決定されることを明らかにし、細胞周期内の増殖/分化の分岐点(PS点)の前後に発現する遺伝子について調べた。その結果、PS点から分化する細胞に特異的に発現する3種の遺伝子(Quit1、Quit2、Quit3)の存在を明らかにした。Quit1はサイクリックAMP(cAMP)のレセプターの1種CARIをコードする遺伝子である。Quit2は新規のカルシウム結合蛋白質(CAF-1)をコードしていることを明らかにした。また、Dictyostelium discoideumでみられる細胞周期依存的な細胞の分化傾向は異種のD.mucoroidesにおいても認められることを明らかにした。
2)柄細胞分化誘導因子の作用機構
発生途上にある粘菌細胞から柄細胞への分化を誘導する物質が分泌されることを明らかにし、stalk cell-inducing factor(STIF)と名付けた。有機溶媒による分画とGPCを用いるHPLCによって、この物質の部分精製を行った。この物質の作用は8-bromo-cAMP(Br-cAMP)で代替されることから、STIFはプロテインキナーゼA(PKA)を介して作用していることが考えられる。実際に、PKAのdominant negative inhibitor(PKA Rm)を導入した株を用いて実験を行った結果、Br-cAMP又はSTIFおよびDIF-1(differentiation-inducing factor)共存下においても、柄細胞分化が全くみられなかった。このことは、STIFがPKAの活性化を通じて作用していることを示している。さらに、STIFが細胞内のcAMP濃度を上昇させることによってPKAの活性化を引き起こしている可能性を検討するために、STIFによるcAMP量の変動について調べたが、現在のところ変動はみられなっかった。
また、STIFが柄細胞の特異的に発現する遺伝子、ecmAおよびecmBの発現にいかなる効果を示すかを調べた。その結果、STIFはecmBのみに作用し、その発現を誘導することを明らかにした。さらに、emcBの上流域に欠損を持つ各種遺伝子を細胞に導入し、これにSTIFを作用させた結果、STIFはecmBプロモーター上流の特定領域に作用することが示された。
(3)細胞内情報伝達機構におけるマップキナーゼの役割
集合不能突然変異体の解析からマップキナーゼ(MAPK)の一種、ERK2が細胞の走化性に重要な役割を果たすことが明らかとなった。ERK2は細胞外のcAMPにより活性化されるが、この活性化にはcAMPが細胞表面に存在する7回膜貫通型の2種類の受容体、CAR1とCAR3に結合することが必要である。活性化されたERK2は、最終的にはアデニレートシクラーゼ(AC)を活性化するが、この活性化にはヘテロ3量体G-蛋白質が関与していないことを明らかにした。ERK2が直接にACを活性化するのか、何らかの中間体を経て活性化するかは現在のところ明らかではない。いずれにせよ、ACの活性化によって細胞内のcAMP濃度が上昇し、その結果活性化されるPKAがERK2を不活化することを明らかにした。
REK2は成長期においては細胞の増殖に必須であるが、この時期のERK2の活性化は葉酸によっておこり、CAR1やCAR3とは無関係であること、およびヘテロ3量体G蛋白質の存在に強く依存している点で、発生期の場合とは著しく異なることを示した。

研究成果

• [文献書誌] Takuechi,I.: "Regulation of cell differentiation and pattern formation in Dictyostelium development" Int.J.Dev.Biol.38. 311-319 (1994)
• [文献書誌] Morio,T.: "Cooperation of positively and negatively acting promoter elements determines prespore-specific transcription of Dp87 gene in Dictyostelium" Mech.Dev.45. 59-72 (1994)
• [文献書誌] Nakao,H.: "Dictyostelium prespore-specific gene Dp87 encodes a sorus matrix protein" J.CellSci.107. 397-403 (1994)
• [文献書誌] Saran,S.: "Intracellular free calcium level and its response to cAMP stimulation in developing Dictyostelium cells transformed with jellyfish apoaequorin cDNA" FEBS Lett.337. 43-47 (1994)
• [文献書誌] Traynor,D.: "Aberrant pattern formation in myosin heavy chain mutants of Dictyostelium" Development. 120. 591-601 (1994)
• [文献書誌] Araki,T.: "Cell-cycle-dependent sorting in the development of Dictyostelium cells" Dev.Biol.162. 221-228 (1994)
• [文献書誌] Furukawa,T.: "K252a,a potent inhibitor of protein kinases,promotes the transition of Dictyostelium cells from growth to differentiation" Zool.Sci.11. 69-76 (1994)
• [文献書誌] 荒木 剛: "粘菌の形態形成" 遺伝. 別冊6. 8-17 (1994)
• [文献書誌] Abe,F.: "Precise expression of the cyclic AMP receptor 1 (CAR1) gene during transition from growth to differentiation in Dictyostelium discoideum" FEBS Lett.342. 239-241 (1994)
• [文献書誌] Iijima,N.: "A proteinous factor mediating intercellular communication during the transition of Dictyostelium cells from growth to differentiation" Zool.Sci.12. 61-69 (1995)
• [文献書誌] Abe,F.: "Specific expression of a gene encoding a novel calcium-binding protein,CAF-1,during transition of Dictyostelium cells from growth to differentiation" Dev.Growth&Differ.37. in press (1995)
• [文献書誌] Yamada,Y.: "Analysis of cellular interactions involved in differential control of prestalk genes in Dictyostelium discoideum" Dev.Biol.161. 296-301 (1994)
• [文献書誌] Yoshida,H.: "dutA RNA functions as an untranslatable RNA in the development of Dictyostelium discoideum" Nuc.AcidsRes.22. 41-46 (1994)
• [文献書誌] Kubohara,Y.: "Cytoplasmic Ca^<2+> and H^+ concentrations determine cell fate in Dictyostelium discoideum" FASEB J.8. 869-874 (1994)
• [文献書誌] Kubohara,Y.: "Specific induction by zinc of Dictyostelium stalk cell differentiation" Exp.Cell Res.214. 367-372 (1994)
• [文献書誌] Gaskins,C.: "Identification and functional analysis of a developmentally regulated extracellular signalregulated kinase gene in Dictyostelium discoideum" Mol.Cell.Biol.14. 6996-7012 (1994)
• [文献書誌] Segall,J.E.: "A MAP kinase necessary for receptor-mediated activation of adenylyl cyclase in Dictyostelium" J.Cell Biol.128. 405-413 (1995)
• [文献書誌] Asahi,K.: "DIF-1,morphogen of Dictyostelium discoideum,induces the erythroid differentiation in maurine and human leukemia cells" Biochem.Biophys.Res.Comm.in press. (1995)