局所阻害法による鞭毛屈曲運動形成機構の解明

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17049012
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 奥野 誠 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (40143325)
• キーワード: 鞭毛 / 自発的屈曲波形成 / 局所阻害 / 固定端 / PRODAN / UV / 滑り角

研究概要

鞭毛繊毛運動は、ダイニンのATP加水分解によって得られるエネルギーを用いて微小管を能動的に滑らせ、それを二次元もしくは三次元の屈曲波形形成を行っている。この微小管の滑り運動を自発的且つ周期的な屈曲波形造成に結びつける仕組みについてはほとんど分かっていない。この問題を解決するために、まず鞭毛を局所的に阻害する方法として、蛍光色素PRODANを細胞膜除去したウニなどの精子鞭毛に作用させ、局所的にUVを照射する方法を開発した(PRODAN-UV法)。この操作によってUV照射を受けた場所のみが運動阻害される。興味深いことに、運動は阻害されるもののATPase活性はほとんど影響されなかった。また、いくつかの実験的証拠から、ダイニンが微小管間に架橋を作り、いわゆるライゴールに類似した状態が作られ、その結果として微小管間の滑り運動が阻止されることが推測された。鞭毛の基部、中央部、後半部など、様々な部位を局所的に阻害したが、基本的に阻害を受けていない部位では自発的・周期的な屈曲波形成が観察され、鞭毛のどの部位にも自発的振動運動をする能力があることが明らかになった。ところで従来からの有力な説として、鞭毛基部に運動を起こさせるペースメーカー様なものがあるという考えがある。そこでPRODAN-UV法で精子鞭毛基部近くを阻害し、その阻害部位の中央で鞭毛を切断し、精子頭部と基部を切り離したところ、鞭毛の阻害されていない部分ではやはり自発的な振動運動が観察された。すなわち、鞭毛の自発的振動には、微小管を束ねて固定する固定端が必須であることが明らかになった。また、このように短い鞭毛で生じる自発的な屈曲波の振動数は、鞭毛の長さが短いほど高くなることも示された。今後はPRODAN-UV阻害の実態の分子レベルでの解明、この方法をさらに発展させた自発的振動運動形成機構の解析を行っていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Requirement of the fixed end for spontaneous beating in flagella (2006)
  • 著者名/発表者名: Fujimura, Miki, Okuno, Makoto
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 209 ページ: 1336-1343
• [雑誌論文] Analysis of flagellar bending in hamster spermatozoa : Charakterization of an effective stroke. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kinukawa, M., Ohmuro, J., Baba, S.A., Murashige, S., Okuno, M., Nagata, M., Aoki, F.
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 73 ページ: 1269-1274
• [雑誌論文] pH-dependent and cAMP-independent phosphorylation of axonemal proteins associated with flagellar motility activation of starfish sperm. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, A., Morita, M., Takemura A., Kamimura, S., Okuno, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 208 ページ: 4411-4418
• [雑誌論文] K+-independent motility initiation in chum salmon sperm treated with organic alcohol, glycerol. (2005)
  • 著者名/発表者名: Morita, M., Fujinoki, M., Okuno, M.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Biology 208 ページ: 4549-4556