表層微小管を細胞表層で形成させる機構の解析

• 研究課題/領域番号: 15570057
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 形態・構造
• 研究機関: 基礎生物学研究所 (2004); 岡崎国立共同研究機構 (2003)
• 研究代表者: 村田 隆 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助教授 (00242024)
• 研究分担者: 長谷部 光泰 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 教授 (40237996) ; 藤田 知道 基礎生物学研究所, 生物進化研究部門, 助手 (50322631)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2004年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2003年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
• キーワード: 表層微小管 / γ-チューブリン / 微小管形成中心 / タバコ培養細胞 / 微小管 / 植物細胞

研究概要

植物細胞に見られる表層微小管は細胞膜直下の細胞質を走る微小管で、細胞膜上で合成されるセルロース微繊維の並びを制御することにより細胞の形を制御する。では、表層微小管はどのようにして細胞表層で重合するのだとうか?動物や菌類では、γ-チューブリンとその結合タンパク質からなるγ-チューブリン複合体が微小管形成中心に局在し、微小管の重合核形成に働くことがわかっているが、植物細胞の表層微小管重合にかかわるタンパク質は動物や菌類と同じタンパク質なのか、微小管重合にかかわるタンパク質はどのようにして細胞表層に局在するのか、ほとんど未解明である。
表層微小管の形成機構は、これまで2つの可能性が考えられていた。第一の可能性は、表層微小管は細胞表層に散在する微小管形成中心で重合開始するというもの、第二の可能性は、既存の表層微小管の上で微小管は重合開始するというものである。本基盤研究(C)では、これらの仮設について検証し、さらに、微小管の形成を細胞表層で起こさせる因子の同定を目指した。
GFP-a-チューブリンを発現するタバコ培養細胞を用いて微小管の生成過程を可視化したところ、全ての微小管は既存の微小管上、もしくは既存の微小管があった場所で形成されることがわかった。タバコ培養細胞プロトプラストから調整した単離細胞表層(細胞膜ゴースト)を細胞質抽出液で処理するとゴースト上の微小管が増加する。この実験系においては、抽出液中のγ-チューブリンが既存の表層微小管に結合し、γ-チューブリンの結合した微小管から新たな微小管が形成されることがわかった。さらに、抗γ奪取γ-チューブリン抗体ビーズを用いて細胞質抽出液からγ-チューブリンを除くと、微小管形成は阻害された。これらの実験結果より、植物細胞においては細胞質中のγ-チューブリンが既存の微小管に結合し、微小管形成を開始させることがわかった。