卵の中で起こる蛋白質一核酸複合体の構造変化に関与する因子群

Ⅰ
シ ョー ト レ ビュ ー
卵の中で起こる蛋白質一
核酸複合体の構造変化に関与する因子群
松本 健
動物の卵母細胞や卵の中ではクロマチン構造やmRNA一 蛋白質複合体 （mRNP） の構造
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に大きな変化がひき起こされる．これらには体細胞と異なる生殖細胞特有の変化もあるが，
卵や精子での研究から，体細胞にもみられる一般性ある知見も得られている．卵母細胞で
は多くの母性mRNAがmRNPと
して蓄えられており，この貯蔵にかかわる蛋白質につい
て明らかになってきた．一方，mRNPに 比べれば研究の進んでいるのがクロマチン構造で
あるが，最近mRNPと
クロマチンの構造変化に共通の酸性シャペロン蛋白質が機能してい
る可能性が考えられるようになってきた．
【母 性mRNA】
【Yボ ッ ク ス 蛋 白質 】 【ヒ ス トン シ ャ ペ ロ ン 】
【ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 】
は じめ に 真 核 細 胞 で は，DNAゲ
ノム やmRNAは
常
こ の段 階 で の 遺 伝 子 発 現 は主 と し て 翻 訳 段 階 で 制 御 さ
に 特 定 の 蛋 白質 との 複 合 体 と して 存 在 す る が ， そ の 意
れ て お り，mRNPの
義 と機 能 と し て は， 長 い核 酸 を コ ン パ ク トに 細 胞 内 に
え ら れ る． 本 稿 で は ， この 分 野 で の研 究 の 進 展 に 大 き
収 め る こ と， 分 解 か ら守 る こ と， そ し て 遺 伝 子 発 現 調
な 役 割 を果 た して きた ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル で の 知 見 を
節 ， の3つ が 考 え られ る．DNA複
中心 として ま とめてみ たい．
製 や転写 ， そしてス
構 造 変 化 が 大 き な 影 響 を もつ と考
プ ラ イ シ ン グや 翻 訳 の 際 の 鋳 型 と な る の は こ う し た 蛋
白 質 一核 酸 複 合 体 ， す な わ ち ヌ ク レオ ソ ー ム を基 本 単 位
とす る ク ロ マ チ ン構 造 と，メ ッセ ン ジ ャ ー リ ボ核 酸 一蛋
白 質 複 合 体 （mRNP）
であ る （
図1） ． 動 物 の 配 偶 子 形
ア フ リカツメガエルの場 合， 胞胚 中期 にあたる4，000
成 お よ び 受 精 に は じ ま る初 期 発 生 過 程 で は， こ う した
細 胞期 まで胚 での転 写 は非常 に抑 制 された状 態 にあ り，
蛋 白質 一核 酸 複 合 体 の構 造 に ダ イ ナ ミ ッ クな 変 化 が 必 要
卵 お よび初 期胚 で必 要 とされ る蛋 白質 は卵母 細胞 に蓄
で あ る ． 精 子 や 卵 の ク ロ マ チ ン は非 常 に 凝 縮 し て お り，
え られて いた ものお よび母性mRNAか
受 精 後 の 前 核 形 成 時 に 脱 凝 縮 す る． ま た ， 動 物 の 初 期
のが使 われ る．卵 割期 には急 速 な細胞 周 期 の進行 が必
発 生 過 程 に お い て は ， 急 激 な細 胞 増 殖 と分 化 に 多 くの
要 となるので，転写 よりもDNA合
蛋 白質 が 必 要 と され るが ， 一 般 に初 期 胚 で の 転 写 は 不
す るた め と考 え られ る． この よ うに卵 母 細胞 や卵 の 中
活 発 で 新 た なmRNAは
に は受 精後 の発 生 に必要 とな る蛋 白質 あ るい はその鋳
Ken Matsumoto，
ほ とん ど合 成 され な い． つ ま り，
理 化 学 研 究 所 細 胞 生 化 学 研 究 室 （〒351−0198 The Institute of Physical and Chemical 埼 玉 県 和 光 市 広 沢2−1） ［Laboratory Research(RIKEN),Hirosawa,Wako,Saitama351-0198,Japan] ら翻 訳 された も
成や細 胞分 裂 を優先
of Cellular Biochernistry，
E-mail:matsumok
@postman.riken.go.jp
Structural Changes of Protein-Nucleic Acid Complexes in Oocytes and Eggs
2575
42
蛋 白 質 核 酸 酵 素 Vol．44 No．16 （1999）
も細 胞 質 に も存 在 す る が ， 核
内 の 貯 蔵 ピ ス トン は ， ヒス ト
ン シ ャペ ロ ン 蛋 白質 で あ る
N1／N2や
後 述 す る ヌ ク レオ プ
ラ ス ミ ン と の 複 合 体 と して 存
在 す る．
2．mRNAの
貯蔵
卵 母 細 胞 で は転 写 は 活 発 で
あ る が ， 合 成 さ れ たmRNA
図1 ヌ ク レ オ ソ ー ム やmRNP構
細 胞 内 で はDNAやmRNAは
造 を も つ 鋳 型 上 の 転 写 と翻 訳 の 制 御
裸 の状 態 で は 存 在 せ ず ， 転 写 の み な らず 翻 訳 も蛋 白質 一核 酸 複 合 体
に お い て行 な わ れ る と考 え られ る． 左 は， ヌ ク レオ ソー ム 構 造 （円 で示 す ）を と ったDNA上
のTATAボ
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的 にDNAに
ック ス依 存 的 なRNAポ
結 合 す る 転 写 調 節 因 子 （黒 い 楕 円 で 示 す）の 働 きでTATAボ
写 因子 の集 合 が 調 節 され ，RNAポ
で
リメ ラー ゼⅡ （polⅡ） に よる 転 写 開 始 を示 す ． 塩 基 配 列 特 異
ックス付近への基本転
リメ ラ ー ゼⅡ に よ る 転 写 が 起 こ る． 右 は，mRNPで
プ依 存 的 翻 訳 開 始 を 示 す．mRNP構
成 蛋 白質 をmRNA上
端 と3'末 端 は蛋 白質 を介 して相 互 作 用が あ り，mRNAの
のキャッ
に並 ん だ楕 円 で示 した．mRNAの5'末
非 翻 訳 領 域 に結 合 す る翻 訳 調 節 因 子 （黒
い楕 円 で示 す ）が ， 翻 訳 開 始 因 子 お よ び リボ ソ ー ム40Sサ
は細 胞 質 に 運 ば れ た あ と， そ
の 多 くが 貯 蔵mRNPの
状 態
で 蓄 え ら れ て い る． こ れ は
mRNAマ
ス キ ン グ とよ ばれ る
翻 訳 抑 制 機 構 で， 貯 蔵
mRNPに
は 特 定 のmRNAを
ブ ユ ニ ッ トの集 合 や 開 始 コ ドン まで
翻 訳 さ せ ず に安 定 に 保 存 す る
の ス キ ャ ニ ン グ を 調 節 す る と考 え られ る．
と い う機 能 が あ る ． また ， 卵
母 細 胞 中 で ，あ る種 のmRNA
の 輸 送 ， 局 在 に も関 与 す る と
考 え られ る． 卵 の成 熟 ， 受 精 ，
初 期 胚 形 成 と い う段 階 ご と に
特 定 の 母 性mRNAが
リボ ソ
ー ム へ と リ ク ル ー トさ れ て 翻
訳 さ れ る （図2） ． この な か に
はc-mos，
サ イ ク リ ン とい っ
た卵 の成 熟 に必 要 な因子 の ほ
か，胚 の体軸 形 成 に関与 す る
図2 ア フ リカ ツ メ ガエ ルの 卵 形成 と初 期 発 生
因 子 な どが 含 ま れ ， こ う した
蛋 白質 の翻訳 調 節が 初期発 生
型 とな るmRNAが
す べ て蓄 え られ て い る． それ に対 し
段 階 に非 常 に重 要 な意 味 を もつ こ とは明 らか で あ る． 卵
て ， 精 子 か ら使 わ れ る の は ほ とん どそ の ク ロ マ チ ン の
母 細 胞 中 で は， す べ て のmRNAが
み であ る （
図2）1）
．
な く， 一 部 のmRNAは
こ とか ら， 卵 母 細 胞 で はmRNAの
1．
蛋 白質の貯 蔵
貯 蔵 され るわ け で は
活 発 に翻 訳 され て い る3）
． この
種 類 ご とに翻 訳 され
る か 貯 蔵 さ れ る か の 選 択 が 行 な わ れ て い る と考 え られ
ア フ リカ ツ メ ガ エ ル の 卵 母 細 胞 に蓄 え られ て い る 蛋
る ． 卵 母 細 胞 の み な らず ， 精 子 形 成 過 程 の 細 胞 で も多
白 質 の うち ， 定 量 的 な解 析 が 進 め ら れ て い る例 と し て
くのmRNAが
ヒ ス トン が あ る． 未 受 精 卵 に は約140ngの
も卵 の場 合 と同 じ よ う に， 精 子 形 成 の 後 期 に は 転 写 が
コア ヒス ト
た だ ち に翻 訳 さ れ ず に貯 蔵 され る． これ
ンが 蓄 え られ ， これ は20，000細 胞 分 の ゲ ノ ムDNAの
抑 制 され ， 必 要 なmRNAが
ヌ ク レオ ソー ム 形 成 に十 分 な量 で あ る． 卵 割 期 に も55
る． い ず れ の 場 合 も， 貯 蔵mRNPを
ngの
コア ヒス トンが母 性mRNAを
鋳 型 に合 成 され る2）
．
卵 母 細 胞 中 に貯 蔵 され て い る コ ア ヒ ス ト ン は核 の 中 に
2576
白質 は，Yボ
のRNA結
つ くられ な くな る た めで あ
構 成 す る お もな 蛋
ッ ク ス 蛋 白 質 フ ァ ミ リー に 属 す る塩 基 性
合 蛋 白質 で あ る．
43
卵の中で起 こる蛋白質一
核 酸複合体の構造変化に関与する因子群
性 を もつ （
図3） ．RRLの
胞 翻 訳 系 にFRGY2を
無細
添加 す
る とレ ポーターmRNAの
翻訳
を抑 制 す るが ， こ の 翻 訳 抑 制
活 性 はC末
端 領 域 が 担 う7）
．
FRGY2がmRNAの
位
どの 部
（コ ー デ ィ ン グ 配 列 ，5'や
3'非 翻 訳 領 域 ） に結 合 し て翻
訳 に 影 響 す る の か は 明 らか で
な い が ，FRGY2（
図3
Yボ
ック ス蛋 白質 の構 造
ア フ リカ ツ メ ガ エ ルFRGY2お
よび い くつか の 生 物 種 の代 表 的 なYボ ックス 蛋 白質 と大 腸 菌 の コ
ー ル ドシ ョ ック 蛋 白 質 の構 造 を 示 した ．FRGY2はC末
端 側 に 塩 基 性 ア ミノ酸 と酸 性 ア ミノ酸 の
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ミノ酸 ． （
文 献6よ
ック ス蛋 白質 のC末
細 胞 内 で 翻 訳 さ れ ず に貯 蔵 さ
れ るmRNAに
端 領 域 の 構 造 も 示 した ． バー は100ア
り改 変 ）
はFRGY2が
結 合 し や す い こ とが 考 え ら れ
る．FRGY2が
3．Yボ
ッ ク ス 蛋 白 質 の 構 造 と機 能
的 にRNAに
ア フ リカ ツ メ ガ エ ル 卵 母 細 胞 の 貯 蔵mRNPの
お もな
蛋 白質 成 分 と し て 分 子 量54Kと56KのRNA結
合蛋
白 質 が精 製 ・ク ロー ニ ング され た 結 果 ， 互 い に87％
ホ モ ロ ジ ー が あ り， この う ち56K蛋
報 告 され て いたYボ
protein2）
主 要 構成
蛋 白 質 で あ る こ と か ら， 卵 母
ク ラ ス タ ー の く り返 し構 造 を も つ （charge zipper）． 矢 じ り は カゼ イ ンキ ナ ー ゼⅡ に よ っ て リン
酸 化 され うる 部 位 を示 す ． 他 のYボ
お よび54K
蛋 白 質 ）がmRNPの
白 質p56が
の
すで に
結 合 す るか ど うか調 べ た 結 果 ，6塩 基 の コ
ン セ ン サ ス 配 列5'-AACAUC-3'が
見 い だ され た8）
．人
工 的 に この配 列 を組 み 込 んだmRNAに
く結 合 し，FRGY2-mRNA複
はFRGY2が
よ
合体 を卵 母細 胞 へ微 小
注 入 す る 実 験 で も， こ の配 列 を もつmRNAは
そ うで な
い もの に 比 べ て 翻 訳 効 率 が 下 が って い た7,8）
． しか し， こ
ック ス蛋 白 質FRGY2（frogY−box
と同 一 で あ っ た4・5）
．Yボ
塩 基配 列 特 異
ッ ク ス 蛋 白質 は も
と も と， 遺 伝 子 の 転 写 プ ロ モ ー タ ー に 存 在 す るYボ
ッ
の配 列 は卵 母 細 胞 中 で翻 訳 され て い るmRNAに
さ れ て い るmRNAに
も貯 蔵
も見 ら れ るの で ， この 配 列 が単 独
ク ス 配 列 に結 合 す る転 写 因 子 と し て 同 定 され た た め に
で 翻 訳 抑 制 に十 分 とは い え ず， こ の 配 列 の 本 来 の
この 名 が あ る ． ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル で 最 初 に報 告 さ れ
mRNA上
たFRGY1とFRGY2の
うち，FRGY1は
体 細 胞 の核 に
にお け る機 能 に つ い て は今 後 の 課 題 で あ る．
FRGY2類
似 のYボ
ッ ク ス 蛋 白質 は 多 くの 生 物 種 で
存 在 し て転 写 因 子 と し て 働 い て い る可 能 性 が あ る が ，
体 細 胞 の 核 お よ び 細 胞 質 に 存 在 して お り， 体 細 胞 で の
FRGY2／p56は
翻 訳 調 節 に も こ れ ら のYボ
卵 巣 や 精 巣 に特 異 的 に発 現 し， その 蛋 白
質 は 細 胞 質 に 豊 富 に存 在 す る．
Yボ
ック ス 蛋 白 質 は そ の 共 通 構 造 と してN末
端側に
コ ール ドシ ョ ッ ク ドメ イ ン （cold shock domain；CSD）
を もつ （
図3）．CSDは
ック ス 蛋 白 質 が 関 与 して い
る と考 え られ て い る6）
． ア フ リカ ツ メ ガ エ ル の卵 母 細 胞
， 大 腸 菌 や枯 草 菌 を低 温 条 件 下
の 貯 蔵mRNPと
体 細 胞 のmRNPで
大 き く異 な る点 は，
前 者 に ポ リ （A）結 合 蛋 白 質 が ほ とん ど含 ま れ な い と い
う こ とで あ る9）
． これ は ， 卵 母 細 胞 内 で 翻 訳 さ れ て い な
に お く と高 発 現 す る コ ー ル ドシ ョ ッ ク 蛋 白 質 と高 い ホ
いmRNA3'末
端 の ポ リ （A）が 短 い こ とを 反 映 して い
モ ロジ ーが あ るRNA／1本
る．FRGY2は
ほ と ん ど細 胞 質 に 検 出 さ れ る が ， 抗
一方
，Yボ
鎖DNA結
合 ドメイ ンで ある．
ッ ク ス 蛋 白質 フ ァ ミ リー のC末
様 で あ り， この 領 域 がYボ
し て い る と考 え られ る6)．FRGY2や
ラ イ セ ー ト （rabbit reticulocyte
単 離 され たYボ
端 領 域 は多
ッ クス 蛋 白 質 の 機 能 を 調 節
ウサギ網状 赤血 球
lysate；RRL）
ックス 蛋 白 質p50のC末
FRGY2抗
体 を核 に微 小 注 入 す る と レ ポ ー タ ーmRNA
の 翻 訳 が 上 昇 す る こ とが知 られ るので， 核 の中 でmRNA
と結 合 して 細 胞 質 に運 ば れ る 可 能 性 も あ る10)．
か ら
端領 域 は，塩
II． 核 と細胞質問の遺伝子発現制御
基 性 ア ミ ノ酸 と酸 性 ア ミノ 酸 の ク ラ ス タ ー の く り返 し
構 造 （charge zipper） か ら な り， 単 独 でRNA結
合活
それでは，卵 母細 胞 で特 定 のmRNAが
翻 訳 され るか
2577
44
蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．44 No.16 （1999）
貯 蔵 され る か の 選 択 ， あ る い は 卵 成 熟 な ど に伴 う翻 訳
活 性 の変 化 は どの よ う に調 節 され て い るの だ ろ うか ． こ
トン やc-mosな
の 点 に つ い て は ， い くつ か の調 節 機 構 が 考 え られ て お
め ， 翻 訳 活 性 が 低 く抑 え ら れ て い る の で は な い だ ろ う
り， これ ら は 互 い に排 他 的 で は な い ．
か．
1．mRNA3'非
3．Yボ
翻 訳 領 域 内 の シ ス エ レ メン トに 結 合 す
る 蛋 白質 を シ グ ナ ル と す る ポ リ （A）の 伸 長 を 介 し た翻
mRNAの
どの 遺 伝 子 は イ ン トロ ン を もた な い た
ック ス蛋 白質の 量 と活性 に よる翻訳 活性 調 節
卵 母 細 胞 ラ イ セ ー トを シ ョ糖 密 度 勾 配 遠 心 で 分 画 す
る と，FRGY2はmRNP画
訳活 性の 上昇
翻 訳 調 節 が 細 胞 質 で のmRNAの
ポ リ （A）
分 の み な らず リボ ソー ム 画
分 に も検 出 され る． ウサ ギp50の
場 合 ，mRNA量
末 端 の 伸 長 を 介 して 起 こ る こ とは 多 くの 生 物 種 で み と
し てp50が
め られ て い る． 卵 母 細 胞 で 貯 蔵 され て い るmRNAの
が存 在 す る と翻 訳 を抑 制 す る15）
．FRGY2のC末
くに は そ の3'非
adenylation
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で は な い か と考 え られ る ． 卵 母 細 胞 で 貯 蔵 さ れ る ヒ ス
多
翻 訳 領 域 にCPE（cytoplasmic
poly-
element） とよ ば れ る配 列 が 存 在 し，RNA
結 合 蛋 白 質CPEBが
結 合 す る．CPEを
mRNA5'末
端 の キ ャ ッ プ構 造 の 修 飾 お よ び翻 訳 活 性 の
上 昇 を起 こす こ とが 明 らか に な っ て きた
（こ れ に つ い
て は 最 近 の 久 下 氏 の 総 説 が あ る11）
． 図1も
CPEBが
少 量 の とき は翻 訳 を促 進 す るが ， 大 量 のp50
参 照 ）．
端 領域
に は多 くの リ ン酸 化 され う る 部 位 が あ り， 細 胞 内 で は
FRGY2は
リ ン酸 化 さ れ て い る （
図3） ．FRGY2を
ン酸 化 す る とRNA結
もっmRNAで
は卵 成 熟 の 際 に 細 胞 質 で ポ リ （A）伸 長 が 起 き， それ が
に対
合 活 性 が 低 下 す る こ とが 知 ら れ
る16）
． 卵 成 熟 な どで の貯 蔵mRNAの
ボ ッ ク ス 蛋 白 質 の 量 とRNA結
mRNPの
脱 リ
翻 訳 開 始 に は，Y
合 活 性 の低下 に伴 っ て
構 造 変 化 が 起 き る こ と も重 要 で あ る と考 え ら
れ る．
卵 母 細 胞 内 で の 翻 訳 抑 制 に 関 与 す る こ と もわ
か っ て き て い る ． 一 方 ， 卵 成 熟 に 伴 っ て翻 訳 され な く
な るmRNAも
あ る が ， これ らはCPEを
III． ヒス トンシャペロン蛋白質の機能
もた な い の で，
ポ リ （A）が 短 くな る こ とに よ っ て 翻 訳 され な くな る こ
とが わ か っ て い る12）
．
これ ま で ，mRNPの
構 造 とそ の 調 節 に つ い て み て き
た が ， 卵 成 熟 の 際 のmRNPの
構 造 変 化 に， ヒス トン シ
ャペ ロ ン と して 同 定 さ れ て き た 蛋 白 質 が 関 与 す る可 能
2．
核 で のmRNA成
熟の 過程 に よる翻 訳活 性調 節
核 の中 で 前 駆 体mRNAはhn（heterogeneous
ar）RNP蛋
nucle−
白質 と結 合 してRNP（hnRNP）
ライ シ ング な どのRNAプ
とな り，ス プ
ロセ シング を経 て 成 熟mRNA
性 が あ る こ とが わ か っ て き た ． ヌ ク レ オ ソ ー ム形 成 に
際 し て ピス トン をDNAへ
と リ クル ー トす る蛋 白 質 を ヒ
ス トン シ ャペ ロ ン と よ ぶ ． 塩 基 性 の ピス トン と結 合 す
るた め ， 同 定 さ れ て い る ヒ ス トン シ ャ ペ ロ ン は 酸 性 蛋
と して 細 胞 質 へ と輸 送 され る． 核 外 輸 送 の 際 にhnRNP
白 質 が ほ と ん どで あ る （図4a） ． 近 年 ， ク ロマ チ ン の
蛋 白 質 の 一 部 はmRNAか
局 所 的 な リモ デ リ ング に はATP依
mRNAと
ら は ず れ る が， 一 部 は
と も に細 胞 質 へ と輸 送 され て ， リ ボ ソ ー ム 画
分 に まで 検 出 され る もの もあ る13）
．前 駆 体mRNAが
ライ シ ン グ を受 け る こ とが ， 成 熟mRNAと
スプ
して細 胞 質
存 的 な リモ デ リング
因 子 が 機 能 し て い る こ とが 明 らか とな っ て い る が ， 受
精 の 際 の 精 子 ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 に は ， ヒ ス トン シ ャペ
ロ ン も重 要 な働 き を す る．
に 運 ば れ て か ら の 翻 訳 活 性 に影 響 す る こ とが わ か っ て
きた10,14)．筆 者 ら は ， ア フ リカ ツ メ ガ エ ル 卵 母 細 胞 に
種 々 のmRNAを
つ く らせ る発 現 ベ ク ター を微 小 注 入 す
る こ とで ， 前 駆 体mRNAの
構 造 に よる翻 訳 活 性 変 化 を
調 べ た ． そ の 結 果 ， 前 駆 体mRNAの5'末
端近 傍 にイ
ン トロ ン を もち ， そ れ が ス プ ラ イ シ ン グ を受 け る こ と
に よ り， 卵 母 細 胞 内 で の そのmRNAの
翻 訳 活 性 の上 昇
1． 精 子 ク ロ マ チ ン の 脱 凝 縮
精 子 ク ロ マ チ ン は 通 常 の ク ロ マ チ ン と異 な り， コ ア
ヒス トン の 一 部 が 精 子 特 異 的 な塩 基 性 蛋 白質 に置 き換
わ っ た 非 常 に凝 縮 した 構 造 を もつ ． ア フ リカ ツ メ ガ エ
ル の 場 合 ， 精 子 形 成 過 程 で ピ ス トンH2A／H2Bを
ん ど失 い ， ピス トンH3／H4と6種
ほと
の精子 特異 的塩 基性
が もた ら され る こ とが わ か っ た14）
． ス プ ラ イ シ ング を受
蛋 白質 に よ っ て 精 子 ク ロ マ チ ン が つ く られ る． 卵 に受
け た こ とが 何 らか の シグ ナ ル とし てmRNA上
精 す る と， そ れ ま で 凝 縮 し て い た 精 子 ク ロ マ チ ン が い
2578
に 残 るの
45
卵の中で起 こる蛋白質一
核酸複合体の構造変化 に関与する因子群
る 系 で あ り， 分 子 メ カ ニ ズ ム の解 明 が 進 ん で い る ．
2．
ヌ ク レオ プ ラ ス ミ ン
シ ャ ペ ロ ン蛋 白質 と して 最 も早 く見 い だ さ れ た ヌ ク
レ オ プ ラ ス ミン は， 生 理 的 条 件 下 で プ ラス ミ ドDNAに
ヌ ク レオ ソー ム を形 成 さ せ る た め に必 要 な 因 子 と し て
ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル 卵 母 細 胞 か ら精 製 さ れ た ， 熱 に安
定 な 酸 性 蛋 白質 で あ る18）
． ヌ ク レオ プ ラス ミン は卵 母 細
胞 の核 に最 も多 量 に存 在 す る蛋 白質 で （1細胞 あ た り250
∼290ng） ， ピス トンH2A／H2Bと
複 合 体 を形 成 して そ
れ らの 貯 蔵 に も働 い て い る19）
． ヌ ク レオ プ ラ ス ミン を免
疫 除 去 し た 卵 抽 出 液 で は精 子 ク ロ マ チ ン の 脱 凝 縮 活 性
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が 低 下 す る こ とか ら， 卵 抽 出 液 中 で の 主 要 な脱 凝 縮 因
子 と考 え られ る20）
．
卵 母 細胞 の核 内 で， ヌ クレオ プ ラス ミンはラ ンプ ブ
ラ シ 染 色 体 上 でRNPと
も結 合 して い る こ とが免 疫 染 色
に よ り示 され て い た21）
． 最 近 ， 卵 母 細 胞 の成 熟 に伴 う翻
訳 の 活 性 化 の 際 に， ヌ ク レオ プ ラ ス ミ ンのmRNPへ
の
結 合 が 増 加 す る こ と こ とが わ か っ た22）
． 精 製 した ヌ ク レ
オ プ ラ ス ミン は ， 第1節
で述 べ たRRLで
のFRGY2に
よ る 翻 訳 抑 制 を一 部 で は あ る が 解 除 す る． 塩 基 性 の
RNA結
合 蛋 白質 で あ るFRGY2に
， 酸 性 のヌ ク レオ プ
ラ ス ミンが相 互 作 用 してFRGY2とRNAと
響 を与 えてmRNPの
の結 合 に影
構 造 変 化 に 関 与 す る可 能 性 を示 す
もの と考 え ら れ る．
図4
ヒス トン シ ャペ ロ ンの 構 造 と精 子 ク ロ マチ ンの 脱 凝 縮26）
（a）TAF−I1αとTAFIβ
は，N末
トTAF−1と マ ウ スNAP−1は18％
端 の特 異 的 領 域 のみが 異 な る． ヒ
25％ の相 同性 を も つ ． 酸 性 領 域 を黒 で示 した． バ ー は100ア
ミノ
酸 ． （b）ア フ リカツ メ ガエ ル 精 子 クロ マチ ン を ヒ トTAF-Ia，
ヒト
TAF-I/3あ
DNAを
る い は 酵 母NAP−1と
ヘ キ ス ト33258で
やNAP−1を
3．
そ の 他 の ヒ ス トン シ ャ ペ ロ ン
， ヒ トTAF−1と 酵 母NAP−1は
室 温 で60分
間 イ ンキ ュベ ー トし，
ヌ ク レ オ プ ラ ス ミ ン以 外 に 精 子 ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 の
活 性 が 明 らか に さ れ て い る因 子 に は， も と も とヌ ク レ
オ ソー ム 形 成 に関 与 す る蛋 白 質 と して 同 定 されたNAP-
染 色 して 蛍 光顕 微 鏡 で 観 察 した．TAF−1
加 えな い 対 照 と比 べ て，TAF-Iあ
るい はNAP−1と
イン
キ ュ ベ ー トす る こ とで ク ロマ チ ン が 大 き くな り， 脱 凝 縮 してい る
ことがわかる．
1（nucleosome assembly factor-I） ， シ ョ ウ ジ ョ ウ バ
エ 初 期 胚 抽 出 液 か ら精 製 さ れ たp22／CRP1とDF31／
CRP2，
そ し て 後 述 す るTAF−1（template factor−1）が あ る23∼26）
．NAP−1は
activating
生理 的条 件下 で プ ラ
っ た ん 脱 凝 縮 して ， そ の 後 ， 雄 性前 核 をつ くる （図2） ．
ス ミ ドDNAに
ヌ ク レ オ ソー ム を形 成 させ るた め に必 要
界 面 活 性 剤 で 精 子 を 除 膜 化 し て調 製 し た 精 子 ク ロ マ チ
な 因 子 と し て 哺 乳 類 細 胞 か ら精 製 さ れ た ． 酵 母 ホ モ ロ
ン を， 問 期 の 卵 抽 出 液 中 で イ ン キ ュベ ー トす る と， 抽
グ が 最 も早 くク ロ ー ニ ン グさ れ ，C末 端 に3カ 所 の酸 性
出 液 に 含 まれ る ヒ ス ト ン シ ャペ ロ ン様 蛋 白質 の 働 き に
領 域 を もつ （図4）27）
．NAP−1は
よ り， 精 子 特 異 的 塩 基 性蛋 白 質 が ク ロ マ チ ンか ら は ず
ピ ス トンH2A／H2Bに
れ て 脱 凝 縮 が 観 察 され る17）
． 精 子 クロマ チ ン の脱 凝 縮 は
核 に存 在 す る が ， 出 芽 酵 母 や ア フ リカ ツ メ ガ エ ル 卵 母
通 常 の 体 細 胞 周 期 の 際 に 起 こ る ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 とは
細 胞 で は細 胞 質 に局 在 す る26,28,29）
． こ の ほ か の ヒス トン
異 な る面 が 多 い が ， 無 細 胞 系 で 比 較 的 容 易 に 再 現 で き
シ ャペ ロ ン に は， ア フ リカ ツ メ ガ エ ル 卵 母 細 胞 内 で ヒ
， コ ア ヒ ス トンの う ち
親 和 性 が 高 い ．HeLa細
胞では
2579
46
蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol．44 No．16 （1999）
ス ト ンH3／H4と
DNA複
，
製 に共 役 した ヌ ク レオ ソー ム形 成 に必 要 な因 子
CAF-I，
DNA複
複 合 体 を 形 成 し て い るN1／N2や
そ し て酵 母 のSpt6が
あ り， ピス トンの 貯 蔵 や
製 ， 修 復 に伴 うヌ ク レオ ソー ム 形 成 ， サ イ レ ン
シ ン グ な どで の 機 能 が 知 られ て い るが ， 精 子 ク ロ マ チ
ン脱 凝 縮 の活 性 に つ い て は不 明 で あ る．
の 核 や 卵 に比 較 的 多 量 に存 在 す る． ア フ リカ ツ メ ガ エ
ル 卵 抽 出 液 中 で は ヌ ク レオ プ ラ ス ミ ン が 精 子 ク ロ マ チ
ン脱 凝 縮 の 活 性 の 主 要 な 部 分 を担 っ て い る が ， ほ か に
少 な く と もNAP-IとTAF−1が
同 じ活 性 を もつ 蛋 白 質
として存 在 す る ことにな る （
図4b） ． 前 節 で 述 べ た よ
う に シ ョ ウ ジ ョ ウバ エ 初 期 胚 抽 出 液 に も複 数 の脱 凝 縮
因 子 が 存 在 す る． そ れ ら は互 い の 相 対 的 な 量 や 比 活 性
IV．TAF−1に
よ る ク ロマ チ ン脱 凝 縮
に 応 じて 脱 凝 縮 を行 な っ て い る の だ ろ うか ， そ れ と も
お の お の に 機 能 的 あ る い は時 期 的 な分 担 が あ る の だ ろ
1.TAF-I
う か ． こ の 点 に つ い て は 明 ら か で はな い が ，TAF-Iや
筆 者 ら は これ ま で に ， ア デ ノ ウ イ ル ス ゲ ノ ム の 無 細
胞DNA複
Database Center for Life Science Online Service
胞 か ら39Kと41Kの
性 蛋 白質 と して 精 製 した30,31）
．cDNAク
結 果 ，TAF−1の39K蛋
酸
ロー ニ ング の
子 程 度 ） の で ， 体 細 胞 で も未 知
の 機i能が あ る こ とが 予 想 され る． また ，TAF-IはHeLa
細 胞 ， 卵 母 細 胞 に お い て 核 に 局 在 す るが ，NAP−1は
細
白
胞 質 と核 の 問 を移 動 し て い る と い う報 告 も あ り， 無 細
端 の 短 い領 域 を 除 い て 共 通 の 構
胞 系 で は機能 的相 同性 が み られ る ものの， 細胞 内 で は
造 で ，C末 端 に は長 い酸 性 領 域 を もつ こ とが わか った （
図
何 らか の 機 能 分 担 を して い る 可 能 性 が 大 き い と考 え ら
4）32）
．TAF-IはNAP−1と
れ る．
質 （TAF-Ia）
白 質 （TAF-I/3） と41K蛋
体 細 胞 に比 較 的 多 量 に 存 在 す る （TAF−1は ，
1細 胞 あ た り1×106分
製 ・転 写 系 に 必 要 な宿 主 因 子 と し てTAF−
1を 見 い だ して ， ヒ トHeLa細
NAP−1は
はN末
ホ モ ロ ジ ー が 高 く， 早 くか
ら その 機 能 的 類 似 性 が 推 測 され た ． 最 近TAF−1に
もピ
ス トン結 合 能 や ヌ ク レ オ ソ ー ム ア セ ン ブ リー 活 性 が あ
る こ とが わ か り，TAF−1とNAP−1は
構 造 的 ・機 能 的
おわ りに
Yボ
ック ス蛋 白質 は一般 の体細 胞 で も
に 相 同 性 を も っ た ヒス トン シ ャペ ロ ン 蛋 白 質 で あ る こ
mRNPの
主 要 な 蛋 白 質 で あ る と考 え られ るの で ， そ の
とが わ か っ て い る33）
．
量 と活 性 制 御 が 体 細 胞 の 細 胞 質 で のmRNAの
翻訳活
性 調 節 に も重 要 で あ ろ う． 一 方 ， 酸 性 の シ ャペ ロ ン 蛋
2TAF−1に
TAF−1の
よる 精子 ク ロマチ ン脱凝 縮
細 胞 内 の 機 能 は 明 らか で な い が ， 前 述 した
結 果 か ら，TAF-Iの
白 質 は ピ ス ト ン だ けで な くYボ
基 性RNA結
ッ ク ス蛋 白 質 な どの 塩
合 蛋 白 質 に も働 きか けて ，mRNP構
造変
機 能 の 一 つ と し て ク ロ マ チ ン；
構造
化 を 介 し た ， これ まで あ ま り明 らか に さ れ て い な か っ
変 化 に 関 与 す る こ とが 考 え られ た ． シ ョ ウ ジ ョウ バ ェ
た 遺 伝 子 発 現 制 御 の 一 端 を担 っ て い る こ とが 考 え ら れ
のNAP−1に
は ア フ リカ ツ メ ガ エ ル 精 子 ク ロマ チ ン脱 凝
る ． これ まで み て きた よ う に， 卵 成 熟 や 受 精 の 際 に は ，
縮 の 活 性 が 認 め られ て い た ． そ こ で ， ア フ リ カ ツ メ ガ
mRNPや
エ ル 精 子 ク ロ マ チ ン を 大 腸 菌 で 発 現 させ て 精 製 した ヒ
れ らは遺伝 子 の維持 や発 現調 節 を考 え る うえで重 要 な
トTAF−1β
位 置 を 占 め ， 今 後 も生 殖 細 胞 で の 研 究 を通 し て 一 般 性
と イ ン キ ュベ ー ト した と こ ろ， ク ロマ チ ン
脱凝 縮 が観察 された
縮 の 際 に ，TAF−1β
（
図4b）26）． この ク ロ マ チ ン脱 凝
は精 子 特 異 的 塩 基 性 蛋 白 質 と直 接
結 合 し て こ れ ら を ク ロ マ チ ンか ら外 す こ とが わ か っ た ．
一方
，TAF−1β と共 通 の 酸 性 領 域 を も つTAF−1α
は，
ク ロマ チ ン構 造 に 大 き な 変 化 が 起 こる が ， こ
の あ る 知 見 が 得 ら れ る こ とが 期 待 さ れ る．
筆者 らの研究の うち，翻訳制御 に関する部分の多 くは米 国NIH
A．P．Wolffe博士 の研究室 で行 なった ものであ り，TAF-Iに っい
て は永 田恭 介博 士 （
東工大生命理工 ） との共同研究 です．
非 常 に弱 い ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 活 性 しか 示 さ なか っ た （
図
4）． つ ま りTAF−1は
単 な る酸 性 物 質 と し て働 くの で は
な く， 精 子 特 異 的 塩 基 性 蛋 白質 や ヒ ス トン と の 特 異 的
文
な相 互 作 用 を 介 して ク ロ マ チ ン脱 凝 縮 に機 能 し て い る
1)Davidson,E.H.:Geneactivity
in early development,Academic
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2)Woodland,H.R.,Adamson,E.D.:Develop.Biol.,
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と考 え られ る．
ア フ リカ ツ メ ガ エ ル のTAF−1β
2580
ホ モ ログ は卵 母 細 胞
献
47
卵の中 で起 こる蛋 白質一
核酸複合体の構造変化に関与 する因子群
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
Database Center for Life Science Online Service
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
18)
19)
20)
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松 本 健
略 歴 ：1992年 東 京 大 学 大 学 院 薬 学 系 研 究 科 博 士 課 程 修
了． 三 菱 化 成 生 命 科 学 研 究 所 特 別 研 究 員， 米 国 国立 衛 生
研 究 所 博 士研 究 員 を経 て，1997年
よ り現 所 属 （
研 究員）
．
研 究 テー マ ：卵 形成 と初期 発 生 にお ける遺 伝 子 発 現調 節 機
構 ．丁AF−1の細胞 内機 能 の解 明．
NICHD,
NIH visiting fellow
研 究 内容 ：イ ンタ ー フ ェロ ン／サイ トカ イ ンに よる細 胞
分化 ， 増 殖 制御 の分 子 レベ ル で の解析 ， と くに血球
系細 胞 にお ける新 規 転写 因 子 の機 能 解析 ．
資 格 ：これ まで 分子 生 物学 ， 生 化 学 の 分野 で研 究 を行
な っ て こ られ，1993年 以 後 に博 士 号 を取 得 （
着任 ま
で に取 得 見込 み を含 む） さ れ， 積 極 的 に研 究 して い
こ う とい う意 欲 の あ る方 ．
着 任 ：平 成12年1月
か ら10月 まで に着 任 ， 研 究 開始
可能 な方
応 募方 法 ：履歴 書 ， 研 究業 績 ， 主 要 研究 論 文 別刷 を下
記 に送 付 の こ と． 問 い合 わ せ はE-mail（ 英 語 の み）
で お願 い し ます．
問 合 せ先 ：Dr.KeikoOzato
Laboratory
of Molecular
Growth Regulation
National
Institute
of Child Health and Humar
Development,
National
Institutes
of Health
Bldg 6., Rm. 2A01, Bethesda,
MD 20892-2753
E-mail : OZATOK @ NIH.GOV
参考文献 Genes Dev., 12,1638 (1998) ; Mol. Cell.
Biol., 19,1810
(1999) ; EMBO. J., 1, 5389 (1999)
2581