Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

細胞壁 / グルカン / 低分子量GTPase / アクチン / 出芽酵母 / GTPase / 形態形成 / 細胞膜 / グルカン合成酵素 / ゲラニルゲラニル化 / Rho GTPase / call-1

全ての真核細胞は固有の形をしており、細胞の形は生物の機能と密接に関係している。我々は今回、真核細胞のモデル系として知られる出芽酵母を用いて、低分子量GTPaseRho1pという多機能シグナル伝達因子を中心に「細胞の形態形成」の研究を行った。特に、Rho1pの標的酵素のひとつである細胞壁合成酵素がダイナミックに細胞膜上を移動し、アクチンの重合と連動して出芽部分の細胞膜上を移動することを発見した。グルカン合成酵素が細胞膜上を移動できなくなると均一な細胞壁を形成できなくなり、異常な細胞壁を形成することを見い出した。こうして、細胞壁合成の場が細胞膜上を移動していることを初めて証明し、その動くことの生理学的意義を示すことができた。一方、細胞壁合成酵素の上流で働く制御因子として、Rho1p修飾酵素、スフィンゴ脂質、膜内在性の新規タンパク質等を解析し、これらが1,3-β-グルカン合成酵素の活性調節に直接関与することを明らかにした。さらにRho1pの多機能性の遺伝学的実証を、遺伝子内相補という遺伝学的な現象の解析から行った。rho温度感受性変異株は2種類あり、rho1AグループはPkc1pの活性化に、rho1BグループはFks1p/Fks2pの活性化にそれぞれ欠損を持っていることが明らかになった。以上のように、Rho1pという分子スイッチが多機能タンパク質として細胞の形態形成に必須な働きをしている点に注目し、真核細胞に普遍的な細胞形態を決定する分子機序を解明することに一部成功した。

カルモデュリン / Rholp / 酵母 / 細胞壁 / GTPase / グルカン / 細胞周期 / 細胞壁合成 / 形態形成

特にCa_<2+>受容タンパク質/カルモデュリンと低分子量GTPase/Rholpの2つの系で、以下に述べるように細胞内ネットワークで働く多機能タンパク質の機能の一つ一つを分離分別して解き明かすことに成功した。まずカルモデュリンの遺伝生化学的研究により、カルモデュリンで見られた「遺伝子内相補」が観察される理由がカルモデュリンの多機能性のためであるという仮説が正しいことを明らかにした。実際に細胞増殖に必須な4つのカルモデュリンの機能のうち、アクチンの細胞内分布の制御と、SPBの複製制御に関しては、それぞれMyo2p(V型ミオシン)とNuflp(SPBの構造タンパク質)というターゲットタンパク質との結合が必須であることを遺伝学的、生化学的解析から明らかにした。さらに、異なるターゲットタンパク質との結合には、異なるアミノ酸残基(Phe)が関与していることを遺伝子内で相補するカルモデュリン変異を使って証明し、多機能蛋白質で見られた遺伝子内相補という遺伝現象の分子レベルでの解釈を明確にした。一方のRholpGTPaseについては、Rholpの機能の1つ1つを分離分別することに成功し、その機能発現の機構を個別に解明した。まずRholpが出芽酵母の細胞壁の主要な構成成分である1,3-β-グルカンを合成する酵素の制御サブユニットとして働くことを示した。同時にRholpがPkclpと呼ばれるタンパク質リン酸化酵素の活性化を制御していることを発見した。さらに新規のRholp結合タンパク質(Bnilp)との結合を介してアクチン繊維の動態制御に関与していることを見い出した。

【研究分担者】
園池公毅	東京大学	大学院・新領域創成科学研究科	助教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
門田裕志	東京大学	大学院・理学系研究科	日本学術振興会特別研