【研究領域課題番号】18K19324 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アクチンフィラメント / ミオシン / 収縮環 / リポソーム / アクチン結合タンパク質

【研究成果の概要】

動物細胞における収縮環は、主にアクチンフィラメント、ミオシン、アクチン架橋タンパク質（ACP）から構成される収縮性のリング状構造体である。収縮環様構造体を再構成して機能させるモデル系の創出を目指し、in vitro及びリポソーム内でその形成条件や分子プロセスを検討した。１分子イメージングにより、ミオシンのアクチンフィラメント切断活性や複数のACPの結合特性を明らかにした。In vitroおよびリポソーム内で、細胞骨格からなる構造体は、アクチンフィラメントの切断活性に依存することが分かった。これらの結果は、収縮環様構造体の形成はアクチン調節タンパク質によって制御しうることを示唆している。

【研究の社会的意義】

細胞が二分して増殖することは、生命の基本的現象であり、その解明は生命科学の主要な課題のひとつである。本研究は、細胞分裂研究の新たな手法の創出を目指し、収縮環形成機能を研究するに当たりその学術的意義がある。この新たな手法から得られた知見は、細胞分裂（増殖）がかかわる再生医療の分子基盤に繋がることが期待でき社会的意義が高い。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】22247031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞分裂 / 細胞質分裂 / 収縮環 / アクチン / ミオシン / 細胞 / タンパク質 / 微細構造 / 生体分子 / シグナル伝達 / 電子顕微鏡 / 細胞周期 / 細胞運動

【研究成果の概要】

細胞質分裂は収縮環の収縮によって細胞が中央部からくびり切れることによりおこる。私は分裂酵母の収縮環ー細胞膜複合体（細胞ゴースト）を単離し、ATPを加えて収縮環を人為的に収縮させることに初めて成功した。この実験系を用い、アクチンの脱重合は収縮そのものには必須ではないことなどいくつかの性質を明らかにできた。また収縮環形成の際のアクチンの分裂位置への集合にはミオシンVが関与していることが示唆された。ウニ卵の分裂溝にアクチン重合を促進するuDiaがアクチンと共存することも示した。さらにカエル卵抽出液を人工脂質膜に封入することにより、脂質膜小胞中でアクチンの流れが起こることを見いだした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】12490008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞質分裂 / 収縮環 / アクチン / ミオシン / 低分子量Gタンパク質 / アクチン調節タンパク質 / リン酸化 / 分裂溝

【研究成果の概要】

収縮環の形成機構を分裂酵母とアフリカツメガエル卵を用いて解析した。分裂酵母においては収縮環は、核分裂の間に細胞中央部に蓄積してくるF-アクチンケーブルから形成されるように見える。まず前期にF-アクチンケーブルでできたaster様構造がspindle pole body近辺に形成され、これから1本の先導ケーブルが伸びて細胞を取り巻く。蓄積したF-アクチンケーブルは先導ケーブルに融合して収縮環が完成するように見える。Cdc12は先導ケーブルの伸長に働き、Cdc15は先導ケーブルへのF-アクチンケーブルの融合過程に働くことが分かった。
低分子量Gタンパク質Rhoは細胞分裂シグナル伝達系の主要メンバーと考えている。そこでRhoシグナル伝達系がどのようにして細胞質分裂を制御するのかを解明するため、分裂酵母のRhoの研究を進めた結果、新規のRhoファミリータンパク質Rho3を見い出した。Rho3は細胞膜に局在していた。Rho3とCdc42の下流に共通の標的として新規のformin/diaphanousタンパク質のFor3があることも明らかになった。Rho3とFor3はアクチン細胞骨格、微小管を支配し、その結果、細胞形状や細胞分裂位置の決定に関与していることが分かった。
アフリカツメガエルの収縮環形成について微小管の働きを研究した。微小管毒による微小管の破壊は収縮環の収縮は阻害しないが、形成を阻害した。分裂溝直下で両極から伸びた星状体微小管が連結していることを見い出した。またこれまで細胞質分裂の分裂シグナルに関連していると思われていたCaイオンについて分裂溝付近での放出を検討した結果、分裂後半あるいは分裂後にCa waveの発生はあるものの、分裂溝先導端ではCa blip, Ca puffといった微小なシグナルでさえ存在しないことが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】13,900千円 (直接経費: 13,900千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】09898014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞質分裂 / 収縮環 / アクチン / ミオシン / 分裂シグナル / リン酸化

【研究成果の概要】

細胞質分裂の研究の現状と将来の展望を把握するために、国際シンポジウム『細胞質分裂の分子メカニズム』を平成10年1月28日、29日に東京の駒場エミナースで開催した。海外からは細胞質分裂の研究をリードする8名の研究者を招待し、国内からは将来性のある若手を中心に13名の研究者を招いた。海外から招待した研究者は以下のとおりである。
Kathryn G.Miller (ワシントン大学)
John R.Pringle (ノースカロライナ大学)
Viesturs Simanis (スイスがん研究所)
Fred Chang (コロンビア大学)
Raymond Rappaport (マウントデザートアイランド生物学研究所)
Douglas J.Fishkind (ノートルダム大学)
Arturo DeLozanne (デューク大学)
Yu-li Wang (ウースター生物学医学研究所)
本シンポジウムは国内外の研究者の情報交換や協同研究の打ち合わせの場として有効に機能した。また本シンポジウムの発表から馬渕一誠が代表者として企画された重点領域研究『細胞質分裂の分子機構』に参加した若手研究者が優れた研究成果を上げていること、我が国の細胞質分裂に関する研究が国際的なレベルに達していることなどが確認された。シンポジウム後の研究班会議で、これらの成果を土台として、細胞質分裂の研究の新しい研究組織を企画し、この分野のさらなる発展をめざすことが決定された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997

【配分額】2,700千円 (直接経費: 2,700千円)

【研究分野】分子遺伝学・分子生理学

【研究領域課題番号】04304057 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞質分裂 / アクチン繊維 / 微小管 / 中間径繊維 / 収縮環 / 分裂装置 / ダイニン / キネシン / 細胞接着装置 / ミオシン / リン酸化

【研究成果の概要】

(1)細胞質分裂:収縮環の形成には蛋白質リン酸化と低分子量G蛋白質rhoが関与していることが示唆された。(2)in vitro運動系:トロポミオシン-トロポニンはアクトミオシン相互作用におけるエネルギー変換効率を高めることが分かった。キネシン頭部の特定部位を基質に固定化し、キネシン頭部だけでも微小管を滑走させることを見いだした。(3)アクチン機能:テトラヒメナと粘菌のキメラアクチンを作製し、アクチンの機能部位を調べた結果、38-83アミノ酸配列がDNaseI結合を担うことが分かった。(4)細胞膜裏打ち構造:アンチセンスDNA法により、エズリン・ラディキシン・モエシン(ERM)がアクチン繊維の構築に関与していることを示した。またERMは細胞膜蛋白質CD44と直接結合することを示した。(5)分裂装置:微小管安定化剤であるヘキシレングリコールは3%未満では中期紡錘体を大きくし、染色体運動を遅める作用をした。(6)色素細胞運動:白色素胞の運動がモーター蛋白質と微小管の相互作用で起こることを示した。また黒色素胞の色素顆粒凝集に先立つCaイオン濃度の上昇を観察した。(7)脳微小管:抗チューブリン抗体E3B8のエピトープが全てのα-チューブリンアイソタイプに共通の432-452のアミノ酸配列領域に存在することを明らかにした。(8)微小管の動的性質:微小管はMAPS結合位置で脱重合相から重合相へスイッチすることが示された。MAPSのこの微小管安定化能はMPFによるリン酸化で消失した。22SダイニンはATP感受性結合をし、微小管を安定化することが分かった。(9)中間径繊維:ウシ脊髄のニューロフィラメントにはタイプ2A蛋白質フォスファターゼが結合しニューロフィラメントの構造維持に働いていることが分かった。細胞質分裂期の中間径繊維キナーゼの候補としてCa-CaM依存性キナーゼが考えられた。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1992 - 1993

【配分額】13,000千円 (直接経費: 13,000千円)