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真核生物の小胞体で新たに合成されたタンパク質は、積荷として輸送小胞（COPⅡ小胞）によりその出芽領域（ERES）からゴルジ体へと運ばれる。小胞体は、連続した膜構造を持つにもかかわらず、ERESのように機能的に独立したサブコンパートメントに分かれている。本研究では、連続した小胞体膜上にどのようにERESが形成されるのか、その分子機構の解明を目指して研究を進めた。
ERES でのCOPⅡ小胞形成には膜局率を制御する機能を持つSar1の活性化が必要である。Sar1は小胞体膜に広く分布することが示されてきたが、通常の光学顕微鏡では解像度が低く、Sar1の詳細な局在は不明であった。本研究では、従来の光学顕微鏡を超える画像取得速度と解像度をもつ顕微鏡SCLIMを用い、生細胞内のSar1の2次元、3次元の詳細な局在を解析した。小胞体膜上でのSar1局在を2次元タイムラプスにより解析した結果、Sar1が他の小胞体膜上よりもERESにより集積していることを明らかにした。次に高解像度3次元局在解析を行った結果、Sar1はCOPⅡ小胞の膜の端の小胞体膜とつながっている領域に限局して局在し、それ以外のCOPII小胞の膜には局在しないことが判明した。Sar1は、GTPと結合した活性化型で小胞体膜へ結合し、GTPがGDPに加水分解された不活性化型では小胞体膜から遊離する。そこでSar1の活性化型変異体を酵母細胞に導入し活性化型Sar1の3次元局在を解析した結果、活性化型Sar1が巨大なCOPIIコートタンパク質が集積する膜構造を形成させ、その膜全体に局在することが明らかになった。一方ERESでSar1の不活性化を抑制するSec16の機能を阻害するとERESでのSar1の集積は見られなくなったことから、Sar1の限局した局在がSar1自身の活性化・不活性化サイクルにより制御されることが明らかとなった。
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