研究課題
本研究の目的は、３オルガネラに共通の外側の分裂マシンに注目し、その主構造である「PDリング、MDリング、PODリング」と「ダイナミンリング」の構造と機能をゲノム形態学的技術で解析し、その進化的意義を解明することである。2010年PDリングが糖繊維の束であり、リングの中にある糖合成酵素（Glycosyltransferase）によって作られることが明らかとなった（Science）。そこで、本年はMDリングが類似の構造で出来ているかを調べた。その結果、組織化学的手法によりMDリングも糖を含んでいることが解明されたが、ミトコンドリア分裂マシンが小さく解析は進まなかった。そこでカンプトテシリン処理によってミトコンドリアの分裂を阻害すると、ミトコンドリアが大きくなると共に分裂マシンも大きくなることが分かった。この方法を今後の研究に利用する。一方PODマシンもナノ繊維の束のリングとダイナミンリングから構成されたシンプルな構造であった。この装置は更に小さく単離が難しかったが、開発の結果、漸く生化学的に分析できるようになった。これを使ってペルオキシソームの分裂・分断の機構を解析する。オルガネラの分裂マシンの共通性や進化的役割について緑藻と紅藻間でゲノム形態学的に解析するため、極小緑藻Medakamo hakoo (メダカモ)の微細構造の観察とゲノム情報の解読を行った。
1: 当初の計画以上に進展している
申請者らは、世界ではじめて原始紅藻Cyanidium類で色素体（葉緑体）とミトコンドリアの分裂・増殖に必須な、分裂装置(マシン)を発見した。分裂マシンは内（基質側）と外（細胞質側）の分裂リングからなり、内側のリングは、細菌由来のFtsZリング等、外側のリングは宿主由来の電子密度の高いナノ繊維束の分裂リング（PDリング、MDリングと命名）とダイナミンリング等から構築されていた。2013年Cyanidioschyzon merolae (シゾン)で単膜系のペルオキシソームでも細胞質側に、複膜系オルガネラの外側の分裂リングに類似した分裂リング（PODリング）を発見した。複膜系の葉緑体のPDリングが糖のナノ繊維の束であることが解明されていたが、今回それより更にサイズの小さなMDリングやPODリングの構成成分の解析が可能となった。今後この視点からPD/MDリング、PODリングを同時解析することが可能となった。当初計画では無かったことであるが、小さくシンプルなペルオキシソームの分裂マシンが純度高く単離できるようになり、構成成分が明確になってきた。このため「試験管内でそれらの物質を混合することによって人工的に分裂リングを合成する」ことが可能となった。このことは大きな進展であろう。またメダカモはシゾンと同様に細胞当たりの単・複膜系オルガネラがそれぞれ1個であり、それらを光の明暗で同調分裂させることができた。又細胞核、ミトコンドリア核、葉緑体核の核ゲノムの粗塩基配列が解読されてきた。その結果、これまでに明らかになった紅藻シゾンの分裂マシンの形成に関わる遺伝子とメダカモゲノム内遺伝子と比較解析する事が可能となった。紅藻と緑藻のオルガネラ分裂に関わる共通の遺伝子の解明と、更に真核生物のオルガネラ分裂マシン共通の構造と機能、その進化的意義の考察につながると期待できる。
基本的には、当初の計画通りに研究をすすめ、３分裂マシンのナノ繊維束リングの構成物質とダイナミンリングの形成方法を明らかにする。この推進に当たっては電子顕微鏡による微細構造の解析とそれに関わるゲノム情報を対比させながら研究を進める。試験管内での人工的分裂リング形成されることが可能になってきたので、この方法を利用して分裂マシンの分子構造の理解を進めたい。最終目的として、紅藻シゾンと緑藻メダカモのオルガネラ分裂マシンの構造と機能、そしてその進化的意義をゲノム形態学的に比較解析し、真核細胞の分裂・増殖の共通原理と誕生における分裂マシンの役割を考察する。
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Royal society open science
巻: 3 ページ: 160130
10.1098/rsos.160130
Cytologia
巻: 81 ページ: 69-76
10.1508/cytologia.81.69
巻: 81 ページ: 341-347
10.1508/Cytologia 81.341
