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2019.12.20 657彩票地址riday

真核生物の起源につながる、细胞内小器官の分裂を制御するメカニズムを発见
~「自分の中のよそもの」との同时増殖を可能にした制御机构とは?~

研究の要旨とポイント

  • 真核生物の细胞は、生命活动に必要な様々な机能を司る复数の细胞内小器官を持ちます。一部の细胞内小器官は、真核生物の祖先となった细胞とは别の起源を持つ微生物が细胞内に共生したことによって生まれたと考えられていますが、もともとは别の生物である细胞内小器官の分裂増殖を细胞がコントロールするメカニズムは多くが谜のままでした。
  • 本研究では、単细胞の藻类について、细胞の核の分裂にも関与するリン酸化酵素オーロラキナーゼが、细胞内小器官の一つミトコンドリアの分裂を制御していることを确认しました。また、ヒトでも同様の制御机构が存在することが、试験管内の生化学実験によって确认されました。
  • 原始的な単细胞生物から多细胞生物であるヒトまで、真核生物の细胞内小器官の分裂?増殖の制御机构がある程度共通であると示唆されたことで、细胞内共生と、真核生物の起源について考察する手挂かりを得ました。

657彩票地址东京理科大学理工学部応用生物学科の松永幸大教授らの研究グループは、単细胞生物から植物、动物まで様々な真核生物の细胞が持つ细胞内小器官について、细胞内でその分裂を制御する分子メカニズムを発见し、细胞の分裂と细胞小器官の分裂が同调する仕组みを解き明かしました。

657彩票地址真核生物の细胞には、生命活动に必要な様々な机能を司る、细胞内小器官と呼ばれる复数の器官が存在しています。しかし全ての小器官が、生命进化のごく初めから细胞内にあったわけではありません。细胞内小器官の一つであり、生命活动に必要なエネルギーを産生する机能を担うミトコンドリアは、真核生物の祖先とは别の微生物であったものが细胞内に共生するようになった内部共生器官です。このため、细胞からの干渉が何もなければ、ミトコンドリアは细胞の分裂周期とは関系なく、自身の周期で半自律的に分裂?増殖を行います。

松永教授らのグループは、イタリアの火山から采取された原始的な藻类、シアニディオシゾン(657彩票地址yanidioschyzon merolae、以下シゾン)」を用いて、细胞分裂の际に働くリン酸化酵素の一つ、オーロラキナーゼ(657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址)によるミトコンドリアの分裂调节メカニズムを明らかにしました。
ミトコンドリアは、分裂リング(division ring)と呼ばれるタンパク质复合体の働きにより、くびれて切れることで分裂しますが、分裂リングが机能するためには、ミトコンドリアが持つタンパク质で复合体の构成要素の一つでもあるダイナミン(657彩票地址m657彩票地址nm1)が、657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址によりリン酸化される必要がありました。また、シゾンの细胞内にリン酸化ができないように调整したダイナミンを発现させてみると、ミトコンドリアは分裂できませんでした。これらの结果から、オーロラキナーゼがミトコンドリアの分裂を制御していることが确认できました。
更に、试験管内で(in vitro)生化学的な実験を行ったところ、シゾンのダイナミンと同様の机能を持つヒトのダイナミンが、ヒトのオーロラキナーゼによってリン酸化されることを确认しました。このことから、ミトコンドリア分裂では、単细胞生物から多细胞生物まで、ある程度共通の调节机构が存在することが示唆されました。

この结果について松永教授は、「16亿年前に分岐して进化してきた植物と动物で、ミトコンドリア分裂についてある程度共通したメカニズムが存在しているとわかり、惊いています。ミトコンドリアは生命活动に必要なエネルギーを供给するための器官であり、今回の成果を使ってミトコンドリアの分裂を人工的に操作できれば、细胞の活性状态を変化させることが可能になると考えられます。あらゆる真核生物で共通のメカニズムが存在するのであれば、様々な生物の细胞活动を制御する共通の方法が开発できるかもしれません」と话しています。

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【研究の背景】

我々ヒトを含む真核生物の细胞には、遗伝物质の多くを含み発现を司る「核」、植物细胞に存在し光合成を司る「叶緑体」など、様々な机能を持った细胞小器官が存在しています。その一つである「ミトコンドリア」は、生物が体内に取り込んだ酸素を利用して生命活动のためのエネルギーを産生する、好気呼吸を主に担当しています。
今は一つの细胞の中で共存している复数の小器官ですが、生命进化の初期には全く别の、独立の生物として生きていたと考えられているものもあります。ミトコンドリアもその一つで、真核生物の祖先となった细胞に、酸素を利用してエネルギーを産生できる别の微生物(好気性细菌)が入り込み、细胞内共生したことで生まれたとされています。

657彩票地址细胞の祖先とは别の生物だったため、ミトコンドリアは、细胞の分裂周期とは関系なく半自律的に分裂?増殖することができます。しかし细胞にとってみれば、ミトコンドリアはエネルギー産生を担う重要な器官であり、ミトコンドリアの数の管理は生死を分ける问题です。自分自身は分裂したのに、ミトコンドリアは分裂?増殖しなかった――などということが起こってしまえば、分裂して生まれた细胞の一方、あるいは両方が、必要な数のミトコンドリアを确保できないかもしれません。このようなことにならないためには、细胞自身の分裂周期と、「自分の中のよそもの」であるミトコンドリアの分裂周期を同调させることが必要です。

近年の研究により、细胞と细胞内小器官との分裂周期の同调には、细胞と小器官それぞれに由来する様々な分子が复雑に协调して働いているらしいことが少しずつ分かってきています。しかし、ミトコンドリアの分裂の制御についての详细は谜のままでした。

【研究结果の详细】

松永教授らは、今回の研究に、火山から采取された単细胞の真核生物であるシゾンを用いました。シゾンは直径2マイクロメートル未満の小さな藻类で、高温かつ硫黄の豊富な水场に生息しています。ミトコンドリアなどの细胞内小器官を全て一つずつ持っており、非常にシンプルではありますが、真核生物に共通する机构を十分に备えた生物です。シゾンの遗伝情报は全て解読されているため、分子レベルのメカニズムを遗伝子の情报を使って説明することも可能であり、细胞内メカニズムを研究するための生物材料として大変适していると言えます。

细胞は常に分裂?増殖している訳ではなく、分裂を行う时期(657彩票地址期)と、分裂の准备や657彩票地址657彩票地址657彩票地址を合成する时期(657彩票地址1期、657彩票地址期、657彩票地址2期)を缲り返しています。シゾンのミトコンドリアは、细胞の657彩票地址期にかけて一度だけ分裂し、それ以外の时期には分裂しません。

今回、研究グループでは、细胞分裂に関与する様々な分子群の中から、オーロラキナーゼに着目しました。オーロラキナーゼは、细胞の核の分裂に际して染色体を分离する働きを担う、纺锤体の形成を调节するリン酸化酵素であり、细胞の657彩票地址期にはミトコンドリアの分裂部位に局所的に発现します。
研究グループはまず最初に、シゾンのオーロラキナーゼ(657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址)の详しい働きを确かめました。细胞の分裂では、657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址は既に知られていた役割どおり、染色体の分离を担う纺锤体の近傍で强く発现していました。また、657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址の酵素活性が欠如すると、细胞分裂が遅延することもわかりました。一方、分裂が进むにつれて、活性を持つ657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址の分裂リングへの局在化が见られたことから、657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址は细胞分裂とミトコンドリアの分裂の両方に関与していると考えられました。
657彩票地址 次に、657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址のリン酸化によるミトコンドリア分裂の调节メカニズムを明らかにしました。657彩票地址m657彩票地址nm1の复数あるリン酸化部位のうち、657彩票地址139と呼ばれるアミノ酸のリン酸化が657彩票地址m657彩票地址657彩票地址657彩票地址によって起こり、ミトコンドリアの分裂に不可欠であるとわかりました。更に、シゾンの657彩票地址m657彩票地址nm1と同様の働きをするヒトのダイナミンである657彩票地址rp1についてin vitroの生化学実験を行ったところ、657彩票地址rp1もまた、ヒトのオーロラキナーゼによってリン酸化されることを确认しました。

今回の発见により、生物に共通する细胞分裂の重要なメカニズムの一つ、细胞内小器官の分裂と同调の制御の仕组みが明らかになりました。この成果は、真核生物の祖先となった细胞がどのようにして自分と异なる微生物と细胞内共生し、细胞内小器官を获得できたのか、真核生物诞生の起源につながる重要な手がかりになると期待されます。

657彩票地址※ 本研究は、科学研究费补助金(15657彩票地址05955, 15657彩票地址05962)の助成を受けて実施したものです。

【论文情报】

雑志名 657彩票地址ommunications 657彩票地址iology 2019年12月20日 オンライン掲载
论文タイトル 657彩票地址yanidioschyzon merolae aurora kinase phosphorylates evolutionarily conserved sites on its target to regulate mitochondrial division.
着者 657彩票地址hoichi 657彩票地址ato, 657彩票地址rika 657彩票地址kamura, 657彩票地址omoko 657彩票地址. 657彩票地址atsunaga, 657彩票地址inami 657彩票地址akayama, 657彩票地址uki 657彩票地址awanishi, 657彩票地址akako 657彩票地址chinose, 657彩票地址tsuko 657彩票地址. 657彩票地址wane, 657彩票地址akuya 657彩票地址akamoto, 657彩票地址uuta 657彩票地址moto, 657彩票地址io 657彩票地址hnuma, 657彩票地址uko 657彩票地址omura, 657彩票地址irofumi 657彩票地址akagami, 657彩票地址aruko 657彩票地址uroiwa, 657彩票地址suneyoshi 657彩票地址uroiwa & 657彩票地址achihiro 657彩票地址atsunaga
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松永教授のページ:http://entdt.com/fac_grad/p/index.php?64d9

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