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ミトコンドリアと色素体の分裂機構を解く : 真核生物のかなめ
Review ミ トコン ドリアと色素体の分裂機構を解く 真核生物のかなめ"シ ゾン"の全ゲノム解読の記録 黒岩常祥 筆 者 らは,真 核 生 物 の 「 基 」 と な るCyanidioschyzon を 終 え た.2004年4月 困 難 な46カ merolae(シ ゾ ン)の 核 ゲ ノ ムの 完 全 解 読 に 論 文 と して 発 表 した 時 点 で は,解 読 率 は99.98%で ブ リッジングが 所 の ギ ャ ップ が残 っ て い たが,現 在 で は ギ ャ ップ は す べ て埋 ま っ て い る.ミ トコ ン ドリア と色 素 体 の 分 裂 ・遺 伝 の 研 究 を 長 ら く進 め て き た 筆 者 は,シ ゾ ンの ゲ ノ ム解 析 を は じめ た4年 前 に はそ れ ほ ど 大 き な 期 待 を して い な か った が,い ま で は,す べ て の 真 核 生 物 の 基 本 と Database Center for Life Science Online Service な る 現 象 は シ ゾ ン ゲ ノ ム に コ ー ドさ れ た 遺 伝 子 の 働 き か ら解 け る 時 代 に な っ た と 実 感 して い る.シ ゾ ン 類 は 真 核 生 物 の 「 基 」 と な る た め,真 核 生 物 の起 源 と 構 築 原 理 の 研 究 の ほ か,極 限 高 温 環 境 に生 息 す る 真 核 生 物 の バ イ オ マ ス の90%を 占 め,カ ドミ ウ ム や 水 銀 の よ う な 毒 性 の 金 属 に 対 して 耐 性 で あ る こ とか ら,バ イ オ メ デ ィエ ー シ ョン の 研 究 や,蛋 白 質 が よ り容 易 に結 晶化 で き安 定 で あ る こと か ら構 造 生 物 学 に も貢 献 す る と考 え られ る. Key words シ ゾ ン ゲ ノム 分 裂装置 FtsZリ ング PDリ ング MDリ ング ダイ ナミン リング は じめ に 藻Cyani-dioschyzon merolae(シ 生 物 の 基 本 原 理 は細 胞 増 殖 で あ る.筆 者 は,細 胞 分 裂 ム の 解 析 を 行 な う に 至 っ た の で あ る. の研 究 を した い と大 学 へ 進 学 した こ と もあ って,学 臨 海 実 習 で,初 の ゲ ノ 部の め て見 る ウニ の細 胞 分 裂 過 程 を ど き ど き しな が ら徹 夜 で ス ケ ッチ した.ボ ゾ ン)を 選 び,そ I.ミ トコン ドリアと色素体は核分裂を伴いながら ー ル の よ う な受 精 卵 の 分裂増殖する 中央 が 鋭 く くび れ,最 後 に 娘 細 胞 間 に ブ リ ッ ジが あ るの に気 が つ い た.講 義 で は,細 胞 分 裂 は細 胞 内 部 に形 成 さ 卒 業 研 究 と大 学 院 で は,細 胞 分 裂 を統 御 す る遺 伝 子 に れ る構 造(収 縮 リ ング,紡 錘 体)に よ って 起 こる と習 っ て 興 味 を抱 き,染 色 体 の 動 態 につ い て 解 析 を 行 な う こ と に い た.し か し,こ の 鋭 い くび れ は細 胞 内 部 か らの 力 だ け した.大 で は無 理 で,細 胞 外 部 に で きた 分 裂 装 置 に よる もの で は (Crepis capillaris)を,そ の の ち,東 ない か,こ プ 総 合 研 究 所 で は ヒ ト(Homosapiens)の の 最 後 に は っ き り現 わ れ る ブ リ ッジ が 分 裂 装 置 そ の も の で は な い か と考 え,こ brane"と 書 き"?"の これ はprimary た.こ れ に"vitelline マ ー ク をつ け た.団 bridgeと て,細 mem- 学 院 で は 染 色 体 数n=3の キ ク科 の ク レ ピス 京 都 立 ア イ ソ トー 白血 球 を使 っ 胞 周 期 に お け る染 色 体 の 構築(凝 縮)と 解 体(弛 緩) 勝 麿 先 生 は, の 機 構 を細 胞 遺 伝 学 的 に研 究 し,つ づ い て 岡 山 大 学 に 赴 よば れ て い る と添 削 して くれ 任 し た.染 色 体 の 凝 縮 と弛 緩 を促 す 物 質 を抽 出 す る た の疑 問 か ら,分 裂 の し くみ を細 胞 と オ ル ガ ネ ラ で め,細 胞 核 分 裂 が100%同 調 し て 起 こ る真 正 粘 菌(Phy- 追 い 求 め て ゆ く研 究 者 と して の 一 生 が は じま り,そ れ を sarum ｐolycephalum)は 研 究 材 料 と して 最 適 で あ る と考 解 くこ と が で き る最 適 な研 究 材 料 と して 最 終 的 に 原 始 紅 え,そ Tsuneyoshi Kuroiwa,立 Mechanism of mitochondrial 教 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 生 命 理 学 専 攻 and plastid divisions : Memory of の 多 核 体(変 形 体)を 使 い は じめ た.細 胞 核 内 部 の E.mail:[email protected] 3 genome sequences of Cyanidioschyzon merolae as an origin of enkaryote 蛋白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) 97 ク ロ マ チ ン の 構 造 を 観 察 す る う ち,ミ DNAが,従 トコ ン ドリ ア 来 いわ れてい る ように裸 で存在 す るの で は た.こ う して600種 以 上 の 生 物 を片 端 か ら調 べ た.そ の な く,塩 基 性 蛋 白質 と結 合 し,棒 状 の 核(核 様 体)構 造 を 結 果,貯 水 槽 か ら探 した 灰 色 植 物 の み が探 索 の 条 件 に該 と っ て い る こ と を発 見 し た1,2).そ の の ち,ミ 当 し た.一 方,生 命 が 誕 生 して か ら ま も な く分 岐 した 原 トコ ン ド リ ア を細 胞 内 細 胞 と して と らえ て,細 胞 分 裂 の モ デ ル と 核 生 物 の ほ と ん どが 高 温,高 し て ミ トコ ン ドリ ア の 分 裂 ・遺 伝 に つ い て 研 究 を進 め い る こ とが 明 らか と な っ た こ とか ら,真 核 生 物 も類 似 の た.最 近,佐 環 境 で生 まれ た の で は と考 え,観 々木 成 江 ら に よ っ て,粘 菌 ミ トコ ン ドリ ア 硫 黄,酸 性 条 件 に 生 育 して 察 範 囲 を神 奈 川 県 箱 根 の 核 構 造 の構築 に 中 心 的 な 役 割 を果 た す 塩 基 性 蛋 白 質 大 涌 谷 か ら全 国 の 酸 性 温 泉 に ま で 広 げ た.そ glomの 葉 緑 体 核 が シ ア ノ バ ク テ リ ア に 類 似 し て い る,群 馬 県 遺 伝 子 が 決 定 さ れ,そ ま た,酒 井 敦 に よ っ て,ミ の 機 能 が 同 定 さ れ た3). トコ ン ド リ ア核 に加 え て 色 1981年,ミ す る た め,ひ トコ ン ド リ ア核 の 概 念 を動 植 物 で 普 遍 化 と つ の 遺 伝 子(約1kb)ま で 見 え る超 高 分 解 能 蛍 光 顕 微 鏡 を試 作 し(の ち に オ リ ン パ ス 光 学 か ら市 販),動 の 結 果, の温 泉 に棲 息 す る原 始 紅 藻 caldarium(シ ア ニ ジ ウ ム;イ デ ユ コ ゴ メ)に た ど りつ い た.シ ア ニ ジ ウ ム は灰 色 植 物 に比 べ て ゲ ノ ム サ イ ズ が 小 さ く葉 緑 体 の 数 が 少 な か っ た の で,こ れ を研 究 材 料 と した. 植 物 の ミ トコ ン ドリ ア 核 と色 素 体(葉 緑 体)核 を 観 察 し た(い ま で い う1分 子 イ メ ー ジ ン グ).こ で,ク 草 津 温 泉 のpH1.5で45℃ Cyanidium 素 体 核 の研 究 の流 れ が 生 理 学 的 視 点 か ら紹 介 され た4). Database Center for Life Science Online Service ら生 物 を採 集 し,藻 類 保 存 施 設 か ら も供 与 して い た だ い ラ ミ ドモ ナ ス を 用 い て,細 の過 程 雌 雄 の 配 偶 子 の 接 合 直 後 に雄 由 来 の 色 素 体DNAが 的 に分 解 され,雌 II.シア二ジウムでの葉緑体分裂装置の発見 胞 質 遺 伝(母 性 遺 伝)は 由 来 の 色 素 体DNAが 残 って起 こ る と い う細 胞 機 構 を発 見 し5),そ の 分 子 機 構 が,最 シ ア ニ ジ ウ ム の 細 胞 は 細 胞 核,ミ 選択 近,西 村 体 を1個 ず つ 含 み,2回 を つ く っ た.こ ing 素 体 核 の 細 胞 生 物 学 的 な 研 究 成 果 を ま と め,「 細 胞 三 核 た10).ま 説 」 を提 唱 した2).細 胞 三 核 説 に よ り,ミ さ れ る こ と か ら,PDリ トコ ン ドリ ア ring;PDリ た,葉 続 け て 分 裂 し て4つ こ か ら,色 芳 樹 ら に よ っ て解 明 さ れ た6,7).ミ トコ ン ドリ ア 核 と色 ト コ ン ド リ ア,葉 ン グ と 命 名)を 世 界 に さ き が け て 発 見 し 緑 体 の 分 裂 が サ イ ト カ ラ シ ンBで わ ゆ る 分 裂)か らな る こ と を 示 唆 し,1977年,実 ま ざ ま な 植 物 で 葉 緑 体 のPDリ 菌 の ミ トコ ン ドリア で 核 分 裂 と キ ネ シス を は じめ て観 察 は 証 明 さ れ た.総 した8).こ の と き,分 裂 中 の ミ トコ ン ドリ ア の ブ リ ッ ジ ズ を 比 較 し て い る と き,奇 の あ い だ に,分 裂 の 起 動 力 と な る分 裂 装 置 様 の リ ング構 な シ ア ニ ジ ウ ム のPDリ 造(細 胞 のprimary さ い.と トコ ン ドリ ア は,ま さ に 細 胞 内 の 細 胞 と考 え られ た.そ い れ ばPDリ こで,ミ い か.そ トコ ン ド リア を ア ク チ ン阻 害 剤 で 処 理 す る と分 裂 装 置 は破 壊 され 分 裂 が 停 止 す る こ とか ら,ミ リ ア も細 胞 と同 様 に,ア トコ ン ド ク チ ン様 の 蛋 白 質 を使 っ て 分 裂 界 中の研 究者が さ ン グ を 調 べ,そ 説 の 執 筆 を 頼 ま れ,PDリ な る と,シ 阻 害 ン グが ア ク チ ン様 の 蛋 白 質 か ら で き て い る 可 能 性 が 考 え ら れ た11).世 bridgeに 相 当 す る)を 観 察 し た.ミ の 内生胞子 素 体 の 分 裂 装 置(plastid-divid- と色 素 体 の 分 裂 は,細 胞 と 同 様 に核 分 裂 とキ ネ シ ス(い 際 に粘 の普遍性 ング の サ イ 妙 な こ と に 気 づ い た.原 ン グ は 大 き く,高 始的 等植 物で は小 ア ニ ジ ウ ム よ り もっ と下 等 な 生 物 が ン グ は 大 き く,研 究 も進 め や す い の で は な れ に 該 当 す る の は 唯 一,1978年 温 泉 で 発 見 さ れ12),小 に イ タ リア の さい た め ほ とん ど研 究 され て い な か っ た 原 始 紅 藻Cyanidioschyzon merolae(シ た.1991年,ナ 等 動 植 物 で は細 胞 あ た りの ミ トコ ン ドリ アや 色 素 体 の 数 ン の 採 集 場 所 を い ろ い ろ と 聞 き,最 が 多 く,し か も時 問 的 ・空 間 的 に ラ ン ダ ム に 分 裂 す る た ゾ ン を 備 え つ け の 光 学 顕 微 鏡 で 見 せ て も ら う と,そ め,オ は た く さ ん の シ ア ニ ジ ウ ム 類 が 混 在 し て い た.そ た. しい研 究 材 料 の 探 索 に入 っ た.目 安 は,ミ トコ ン ドリ ア核 と色 素 体 核 が 細 菌 に 近 い 中心 局 在 型 核 構 造 を もち,細 胞 あ た りの オ ル ガ ネ ラの 数 が 少 な い 原 始 的 な真 核 生 物 を探 す こ とで あ っ た.古 い 貯 水 槽,川,海 蛋 白質 核酸 酵素 Voｌ．50 No.2(2005) か て 日 本 に 持 ち 帰 っ た.ゲ る. ン ト教 授 に シ ゾ 後 に 培 養 して い る シ 液 は 純 化 し た も の で は な か っ た が,10mlほ そ こ で,新 98 ポ リ 大 学 を 訪 れ た.ピ ゾ ン)だ っ して い る こ とが 示 唆 さ れ た9).し か しな が ら,粘 菌 や 高 ル ガ ネ ラ の分 裂 機 構 を解 析 す る の は むず か しか っ 緑 ノ ム 解 読 の15年 こに の培養 どいただ い 前 の こ とで あ Database Center for Life Science Online Service 図1 原 始 紅 藻Cｙ ａnidioschｙzon DAPlに よ るDNA染 merolae(シ ゾ ン)の 色 後 の位 相 差 蛍光 顕 微鏡 像 と細 胞 の 模 式図 (a)球 形 の細 胞 核,ミ が並 ぶ トコ ン ドリ ア核,色 素 体(葉 緑 体)核 の3核 色 素 体 は 赤 い 自家 蛍 光 を 発 す る 分 裂 中 の 細胞 で は,ミ トコ ン ドリア 核 はV字 形 に,色 素 体 は亜 鈴 形 に み え る(b)シ ンの 模 式 図.細 胞 は 直 径2μm程 ゾ 度 で あ る が,複 膜 系 の 細 胞 核, ミ トコ ン ドリ ア,色 素 体 と,単 膜 系 の小 胞 体,ゴ ル ジ体,リ ソ ソ ー ム(様 穎 粒) ,マ イ ク ロ ボ デ ィ な ど,真 核 細 胞 に共 通 の 基 本 オ ル ガネ ラ を すべ て 含 ん で いる. [bは 文献36よ り転載] 図2 シ ゾ ン の 同 調 的 に 分 裂 す る 色 素 体 の 蛍 光 顕 微 鏡 像,透 過 型 電 子 顕 微 鏡 像,分 裂 中 の細胞 の モデル (a)蛍 光 顕 微 鏡 像,暗 期 に入 る と,複 膜 系 と 単 膜 系 の オ ル ガ ネ ラ はl斉 に,し か も 順 次 に,規 則 正 しく分 裂 す る.緑 の 励 起 光 を 照 射 す る と,同 調 的 に分 裂 中 の 亜 鈴形 色 素 体 が 現わ れ る. (b)分 裂 中 の 細胞 の 透 過 型 電子 顕 微 鏡 像 上 か ら,細 胞 核(N),V 字 形 の ミ トコ ン ドリア(Mt),亜 鈴 形 の 色 素 体(P)が 観 察 さ れ,そ の オ ル ガネ ラ中 央 の 分 裂 面 の そ れ ぞ れ 両 端 にミ トコ ン ドリア 分 裂 装 置(MDリ ン ク)と 色 素 体 分 裂 装 置(PDリ れ る.Lリ ソソ ー ム,Mマ (c)分 裂 が(b)よ ン ク)の 断 面 が 観 察 さ イ クロ ボ デ ィ. り少 し進 ん だ 細胞 の,ミ トコ ン ドリ ア お よ び 色 素 体 の 分 裂 面 の 拡 大 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 像,MDリ III.シ ゾ ンで の ミ トコ ン ドリア分 裂 装置 の 発見 とPDリ ン グ(長 い 矢 印) ン グ(短 い矢 印)が 観 察 さ れ る (d)透 過 型 電子 顕 微 鏡 像 の連 続 切 片 に,さ ら に蛍 光 像 を 重 ね た 像. シ ゾ ン は,複 膜 系 の 細 胞 核,ミ ト コ ン ド リ ア,そ し て, DｉoC染 色 後 の 緑 色 の 蛍 光 を 発 す る ミ トコ ン ドリア の 分 裂 面 に MDリ 色 素 体 を1個 る と,単 ず つ 含 ん で い た.さ 膜 系 の マ イ ク ロ ボ デ ィ,ゴ ネ ラ の 数 も 最 小 で1個 ら に く わ し く調 べ て み ル ジ体 な どの オ ル ガ で あ っ た(図1).1992年,鈴 律 が 葉 緑 体 で 大 き な 分 裂 装 置(内 外2重 見 い だ し13),1993年,粘 のPDリ 木 邦 ン グ)を ン グ が,赤 い 自家 蛍 光 を 発 す る 色 素 体 の 分 裂 面 にPDリ ン グ が観 察 さ れ る. (e)オ ル ガ ネ ラ の 分 裂 モ デ ル 細 胞 核,ミ が積 み重 な る よ う に位 置 し,ミ 外側 に は,そ れ ぞ れMDリ [b,cは 文 献19,dは ン グ とPDリ 文 献19bよ トコ ン ドリア,色 素 体 トコ ン ドリア と 色 素 体 の 分 裂 面 の ング が描 かれ て い る. り許 可 を得 て転 載] 菌 の ミ トコ ン ド リ ア 分 裂 リ ン 蛋 白質 核酸 酵素 Vol50 No.2(2005) 99 る と コ ン タ ミネ ー シ ョ ン して い る シ ア ニ ジ ウ ム ば か りが 増 殖 し,し ば し ば実 験 に 支 障 を きた した が,戸 田恭 子 が プ レー ト培 養 と純 化 に 成 功 し,純 化 株 に彼 女 の 愛 称"ト デ ィ"を 付 して10D株(の た,照 井 祥 子 が,光 ち の ゲ ノ ム 解 読 株)と し た.ま の 明 暗 と薬 剤 処 理 を使 っ て細 胞 分 裂 お よび ミ トコ ン ドリア と色 素 体 の 分 裂 を 完 全 に 同調 させ る こ と に成 功 し(図2),オ ルガ ネラの分 裂研 究へ の道が 大 き く開 か れ た15).MDリ ング の 研 究 は,米 国 コー ネル 大 学 か ら筆 者 の 研 究 室 へ 留 学 して い たTom O'Keefeに よ って 進 め られ,そ の動 態 が 明 らか と な っ た.こ う し て, ミ トコ ン ドリ ア や 葉 緑 体 の 分 裂 装 置(PDリ ン グ とMD リ ン グ)の 構 造 が わ か っ て くる と,こ れ らが ど の よ う な 蛋 白質 で構 成 さ れ て い る か が 再 び 問 題 と な っ た. Database Center for Life Science Online Service しか し,こ こ で 思 い が け ない 展 開 が 細 菌 の 分 裂 の研 究 か ら起 こ っ た.1987年 に 東 京 大 学 に移 っ た と き,隣 の 遺 伝 学 研 究 室 に い た 鈴 木 秀 穂 か ら,大 腸 菌 のftsZ突 然 変 異 体 の核 の染 色 法 を 聞 か れ て染 色 方 法 を教 え た り して い た の だ が,FtsZ自 体 は そ の 当 時 は 他 人 事 で あ っ た. しか し な が ら,1991年 にLuthkenhausら 子 が 細 菌 の 分 裂 面 にFtsZリ が,ftsZ遺 伝 ン グ を 形 成 し,分 裂 を制 御 して い る と い う論 文 を 出 し た と き に は驚 き16),共 生 説 に 従 え ば,真 核 生 物 に もftsZ遺 伝 子 が あ る か も し れ な い な ど と議 論 も した.し か し,そ の と きは そ れ ほ ど深 く は 追 求 し な か っ た.1995年,米 youngは,ftsZ遺 国 の 分 子 生 物 学 者Oster- 伝 子 の ホ モ ロ グが シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ (Arabidopsis thaliana)の 核 に存 在 す る こ と を発 見 し,葉 図3 ミ トコ ン ドリ ア のMDリ ン グとダ イナ ミ ン (a)ミ トコ ン ドリ ア横 断 切 片 の 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 像.ミ リア(Mt)は,中 トコ ン ド 央 の 分 裂 面 に 現 わ れ た 電子 密 度 の 高 いMDリ グ(矢 印)に よ って 最 終 的 には 分 断 され る,P:色 ン 素 体. (b)ミ トコ ン ドリア水 平 切 片 の 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 像.ミ アの 片 方 だ け が 団 扇 の よ うに 観 察 さ れ,柄 に あ た る と こ ろ にMD イ ク ロ ボ デ ィ. (c)ダ イ ナ ミ ン の 免 疫 蛍光 顕 微 鏡 像.ミ 細 菌 の 分 裂 に か か わ る遺 伝 子 の 高 等 生 物 にお け る チ ェ ッ ク が 多 くの 研 究 室 で ス タ ー トし た.ま トコ ン ド リア はV字 形 とな って い るの で,水 平切 片 で は,娘 ミ トコ ン ドリ リン グが 現 われ る(矢 印).M:マ 緑 体 の 分 裂 に か か わ る 可 能 性 を 示 唆 した17).そ の の ち, トコ ン ドリ ア を 蛍 光 色 素 で赤 く染 め て あ る.ダ イナ ミ ンの シ グナ ル は黄 色 い輝 点 と して 娘 た,Pykeら は, シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ で葉 緑 体 の 突 然 変 異 体 を多 数 分 離 し,遺 伝 学 的 に解 析 を進 め て い た18).く わ し くは 別 の 論 文 に ま とめ て い る の で そ ち ら を参 照 され た い19).本 稿 で は,真 核 植 物 に 共 通 性 の 高 い 遺 伝 子 を と りあ げ る. ミ トコン ドリアの 分 裂面 に現 わ れ る. (d)ダ イ ナ ミ ン の 免 疫透 過型 電子 顕微 鏡 像.ダ イ ナ ミ ン の シ グ ナ ル金 の コ ロイ ド粒 子 は,娘 ミ トコ ン ドリア を つ な ぐ ブ リ ッジ の と IV.ミ トコンドリアと色素体の分裂のしくみが分子 こ ろ に現 わ れ る. [文献38よ 生物学の対象に り許 可 を 得 て 転載] FtsZが 真 核 生 物 で 発 見 さ れ る と,FtsZが は,葉 緑 体 分 裂 装 置 の細 胞 質 側 の 外 側PDリ グ よ り明 瞭 な ミ ト コ ン ド リ ア の 分 裂 装 置(mitochondrion- 質 側 の 内 側PDリ dividing 間PDリ ring;MDリ ン グ と 命 名)を 発 見 し た14)(図2,図3).シ 100 蛋 白質 核酸 酵素 世界 に さ きが けて ゾ ン の 混 液 は,培 Vol.50 No.2(2005) 養 が 古 くな ン グか,あ ン グ か,な つ くる の ン グか,基 る い は,内 外 包 膜 に あ る 中 ど の 問 題 が 生 じた.1998年,2つ の 説 が 提 唱 され た.筆 者 らは,共 生 説 を基 盤 に 考 え,細 菌 のFtsZが 直 接 に は 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 さ れ な い の に もか か わ ら ず 外 側PDリ ン グ は細 い繊 維 の 束 と して 明 瞭 に観 察 さ れ る の で,FtsZは 外 側PDリ ン グ で は な く 内 側PD リ ン グ で あ る と い う可 能 性 を 示 唆 し,外 ングは リ ン グ を形 成 す る 実体 は な に か.こ 一方 単 離 し た25).2000年,ク シロイヌナズ ナゲ ノム 中 ピ ー が コ ー ド さ れ て い る が,FtsZ1に ナ ル ペ プ チ ドが あ っ てFtsZ2に 後,こ シグ は な い こ と(ゲ ノ ム 解 読 れ は ま ち が い で あ る こ と が わ か っ た),お FtsZ1とFtsZ2の 葉 緑 体 へ の 導 入 実 験 な ど に よ り,FtsZ1 は 内 側PDリ ン グ,FtsZ2は と の モ デ ル を提 唱 し た20).こ 学 者Reskiら は,遺 ゴ ケ を 使 い,ftsZ遺 か し,葉 1999年,立 物 が 届 い た.筆 者 らが 必 死 でFtsZの 局 在 を示 そ う と さ ま ざ ま な 方 法 を駆 使 して 調 べ て い る と き,ま っ た く独 自 に ユ リ の 雄 原 細 胞 で 特 異 的 に 発 現 す る 奇 妙 なftsZ遺 伝 子 の 研 究 を や っ て い た 森 稔 幸 が,FtsZが 花 粉 内 の色 素 外 側PDリ ン グ を形 成 す る 体 で リ ング を形 成 す る と言 い残 し て郷 里 に 帰 っ た の で あ の こ ろ,ド イツの分子 生物 る.2001年3月 の 森 ら26),4月 のOsteryoungら27),5 月 の 森 ら に よ り28),FtsZが い つ い で発 表 さ れ た.Osteryoungら 機 能 は 葉 緑 体 の 分 裂 で あ る と述 緑 体 の 巨 大 化 は 分 裂 面 の 異 常 で な くて ゾ ン で のFtsZの 局 在 を 調 べ た.FtsZ の シ グ ナ ル は 葉 緑 体 外 側 のPDリ ン グ に は 現 わ れ ず,内 側 の 分 裂 部 分 に 集 ま る こ と が わ か っ た が,リ リ ン グ構 造 を 示 す 論 文 が あ の 網 目構 造 はFtsZ-GFP融 は,Reskiら のFtsZ 合 蛋 白質 に よる過剰 発 現 が 原 因 で 起 こ る こ と を 示 し,GFPを 用 い た研 究 に衝撃 を 与 え た. 局 在 が 注 目 さ れ た. 教 大 学 の 河 村 富 士 夫 か ら 枯 草 菌 のFtsZ抗 体 を い た だ き,シ う して い る うち に, リス マ ス に 思 い が け な い 贈 り 伝 子 破 壊 実 験 が で き る ヒメ ツ リ ガ ネ も 起 こ る こ と か ら,FtsZの クチ ン繊 維 を染 ゾ ン と シ ア ニ ジ ウ ム か らftsZ遺 伝 子 を 伝 子 を 破 壊 す る と葉 緑 体 が 巨 大 化 す る こ と か ら21),FtsZの べ た.し よ び ら に,ア め る フ ァロ イ ジ ン染 色 で も同様 な結 果 を 得 た.で は,PD 宿 主 の 細 胞 核 が つ く り だ し た も の と の 説 を 提 唱 し た19). ,Osteryoungは,FtsZは ゾ ンで は どの 分 裂 部 分 に も 蛍 光 シ グ ナ ル は現 わ れ ない.さ 高 原 学 らが,シ に 遺 伝 子2コ Database Center for Life Science Online Service 側PDリ 体 の 分 裂 面 に は見 え な い.シ ング の 形 成 2001年,宮 城 島 進 也 らが,シ ゾ ンで のFtsZの 詳細 な 研 究 を 免 疫 蛍 光 顕 微 鏡 法 お よ び電 子 顕 微 鏡 法 で 行 な い, 明快 な成 果 を発 表 した29)(図4).ま ず,FtsZリ リ ン グ は別 物 で あ り,FtsZリ ン グ とPD ングは細 菌 の場合 と同様 を 証 明 す る ま で に は 至 ら な か っ た22).2000年6月,Gor- に 電 子 顕 微 鏡 で 直 接 観 察 す る こ とが で き ない こ とが 明 ら don か と な っ た.色 素 体 の 分 裂 過 程 を ま とめ る とつ ぎの よ う Research Conferenceに 招 か れ た 際 にOsteryoung の ポ ス タ ー 発 表 を 見 た.FtsZの に 局 在 し て い る よ う に 見 え,彼 FtsZ2は 女 は,FtsZ1は 内 側 に 見 え る と い っ て,1998年 正 し い こ と を 強 調 し た.帰 果 を 示 すJournal は,ヒ 蛍光 シグ ナル は分 裂面 of Cell 国 す る と,今 Biology誌 と を 示 し た23).こ youngの の 自分 の説 が 度 は 驚 くべ き 結 が 届 い た.Reskiら メ ツ リ ガ ネ コ ケ でGFP-FtsZ融 を 調 べ,FtsZが 外 側 に, 合 蛋 白質 の局 在 葉 緑 体 内 い っ ぱ い に 網 目構 造 を と る こ れ は,細 結 果 か ら も,著 菌 の 結 果 か ら も 筆 者 やOsterし く 矛 盾 し て い た.彼 ら は, に な る.(1)ま ず,色 素 体 の 分 裂 開 始 直 前 に,FtsZリ ン グ が 色 素 体 の 分 裂 赤 道 内 部 に 形 成 さ れ る.(2)つ づ い て, そ の 外 側 に 内 側PDリ され,分 ン グ お よび 外 側PDリ ン グが 形 成 裂 面 の 収 縮 が 起 こ る.(3)分 裂 の 最 終 段 階 に な る とFtsZリ ン グ は 分 離 ・解 体 さ れ,内 消 え る.(4)最 後 に,太 素 体 を分 断 す る.こ 側PDリ くな っ た 外 側PDリ ング も ングが 娘 色 の シ ゾ ン で の 結 果 は,2002年 には ゼ ラニ ウ ム で も確 か め られ た.こ れ ま で,高 等 植 物 で は 分 裂 の 最 後 に しか観 察 され な か っ た 内 側PDリ 過 剰 発 現 に よる 遺 伝 子 産 物 局 在 の ア ー テ ィ フ ァク トを考 慮 し て お らず,な 後 まで 観 察 され た30).ち な み に,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ で はPD ぜ 構 造 を き ち ん と 観 察 し な い の か,何 ン グ はFtsZで は な くア ク チ ン様 の 繊 維 で あ る と 考 え て 実 験 を 継 続 し て い た.高 典 ら は,シ 橋 秀 ア ニ ジ ウ ム か ら ア ク チ ン の 遺 伝 子 を 単 離 し, そ の 産 物 の 抗 体 を 作 製 し た24).シ アニ ジウム とシゾ ンの ア ク チ ン の 遺 伝 子 は 発 現 し て い な か っ た.ア で 調 べ る と,シ ク チ ン抗 体 ア ニ ジ ウム の 細 胞 分 裂 部 分 に収 縮 リ ン グ の 蛍 光 シ グ ナ ル は 観 察 さ れ る が,ミ ラ ニ ウ ム で は分 裂 の 最 初 か ら最 リ ン グ の観 察 は きち ん と さ れ て い な い.こ を め ざ し て 研 究 し て い る の か 疑 っ た. こ の あ い だ に も,PDリ ン グが,ゼ ングお よ び 外 側PDリ トコ ン ド リア と葉 緑 う して,シ ゾ ンの 結 果 が 高 等 植 物 に フ ィー ドバ ック で き る こ とが わ か り,シ ゾ ンが オ ル ガ ネ ラ分 裂 機 構 の モ デ ル 生 物 に な る可 能性 が 高 ま っ た.ま た,ゼ コの 培 養 細 胞 で は,2分 ラニ ウ ム の胚 細 胞 や31),タ バ 裂 に 加 え て 多 重FtsZリ ング に よ る色 素 体 分 裂 が 発 見 さ れ32),色素 体 の 分 裂 に は 均 等2 分 裂 の ほ か に多 重 分 裂 が あ る こ とが 明 らか と な っ た. さて,こ う な る とや は り,外 側PDリ 蛋白質 核酸 酵素 Vol.50 ングを構成 す る No12(2005) 101 図4 PDリ ングを示す走査 型電子 顕 微 鏡像 とネ ガ テ ィブ透 過 型 電 子顕 微 鏡像 (a)割 れた シゾ ン の細 胞 か ら飛 び 出 た 分 裂 開始期の色 素体の 走査型 電子 顕微鏡 像.PDリ ング が 小穎 粒 か ら形 成 され る こ とを 示 して いる. (b)∼(d)は,PDリ 初 期(b),収 (c),そ ン グ が形 成 さ れ た, 縮 を は じめ た 中期 の初 め して,分 裂 が 最 終 段 階 に 入 った 晩期(d)の,色 素 体 の 走査 型 電 子 顕微 鏡 像. (e)リ ン グが 形 成 さ れた 初 期 のPDリ ン グの ネ ガ テ ィブ透 過 型 電子 顕 微 鏡 像.直 径5∼7nmの 繊 維 の束 で あ る. (f)リ ン グ が 絞 り込 ま れ た 晩 期 のPDリ ン グの ネ ガ テ ィ ブ走 査 型 電子 顕 微 鏡 像. 初期 と同 じ繊維 の 束 か らで きて い る が, 繊維 の 数 は 多 くな って い る.こ の 繊 維 が Database Center for Life Science Online Service 絞 り込 まれ る こ と によ って,色 素 体 は増 え,光 合 成 を し,人 類 の 生存 を支 え て い る こ と か ら,こ の 繊 維 は ま さ に 人 類 の "ナノ の生 命 線"と い え る . [b∼dは 文 献43,e,fは 文 献44よ り 許可 を得 て 転 載] 蛋 白 質 と そ の 遺 伝 子 は 何 か と の 問 題 が 生 じ る.外 リ ン グ の 単 離 を 試 み る が,蛋 側PD 白質 量 が あ ま りに も少 な く ア ミ ノ 酸 配 列 の 決 定 に 至 ら な い.超 V.シ ゾンの核ゲノムの完全解読へ 微 量 の 蛋 白質 の遺 伝 子 を 決 定 す る に は 飛 行 時 間 型 質 量 分 析(time of mass れ に は, spectrometry;TOF-MS)法 が よ い.そ 細 胞 核 の ゲ ノ ム 情 報 が 必 要 と な っ た.筆 flight 者 らの研 究 室 で シ ゾ ン の よ う に,核 の 遺 伝 子 マ ー カ ー が わ ず か6個 か 判 明 し て い な い 生 物 の ゲ ノ ム 解 析 に は,ホ シ ー ク エ ン ス(whole-genome し ー ルゲノム sequencing;WGS)法 が ゲ ノ ム 解 析 に 興 味 を も っ た の は 太 田 に じ と戸 田 で あ る. 最 適 で あ る.そ の シ ナ リ オ と し て は,プ 太 田 は,1998年 案 企 画 か ら,ホ ー ルゲ ノ ム シー クエ ンス に よる配 列 解 の2つ に は シ ゾ ンの ミ ト コ ン ド リ ア と色 素 体 の ゲ ノ ム 全 塩 基 配 列 を ほ と ん ど1人 し た33・34).核 ゲ ノ ム に 関 し て は,戸 ン の 最 小 染 色 体(450kb)の 田 が1996年 製 す る と こ ろ ま で は い っ た が,サ 大 ま か な 物 理 地 図 を作 イ ズ が 大 き く詳 細 な 地 図 の 完 成 に は 至 ら な か っ た. 蛋 白質 核酸 酵素 に シゾ 塩 基 配 列 を決 め よ う と制 限 酵 素 地 図 を つ く り は じ め,NotIで 102 で 解 析 ・決 定 Vol.50 析,コ ン ピ ュ ー タ に よ る ア セ ン ブ ル コ ン テ ィ グ 作 製,完 全 長cDNAラ イ ブ ラ リ ー の 作 製 とEST解 析,パ ル ス フ ィ ー ル ド電 気 泳 動 と サ ザ ン ハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ ョ ン に よ る コ ン テ ィ グ の 染 色 体 へ の ア サ イ ン メ ン ト,BACラ イ ブ ラ リ ー の 作 製,ブ し リ ッ ジ ン グ,ア て 論 文 の 作 成 へ と 進 む.こ No.2(2005) ロ ジ ェ ク トの 立 ノ テ ー シ ョ ン,そ の 順 に 説 明 し た い. し,こ れ を プ ラ ス ミ ドにつ な ぐ こ と か ら は じめ,DNA 1.立 案企画 配 列 の 決 定 ま で が 効 率 よ く進 め られ た.各 1998年 ご ろ,東 京 大 学 の 田 中 寛 が,ゲ 1Mbあ 解 析 は あ き らめ か け て い た.と の 助 言 を くれ,ゲ こ ろが,非 か ら500塩 基 程 度 を解 読 した もの を,新 井 が 大 型 コ ン ピ ュ ー タを 使 っ て つ な ぎ,3カ た り1億 円 か か る の で,シ ゾ ンゲ ノ ム は 約15Mｂ で あ る か ら15億 円 が 必 要 だ,と Database Center for Life Science Online Service ノム解析 には ノム 常勤 講師 とし 月 間 で928の コ ンテ ィ グ(結 合 断 片)に ま とめ 番 号 をつ け た.最 大 で あ っ た1番 コ ンテ ィ グ は約326kbで,20番 て で か け た 立 教 大 学 で,研 究 者 の 動 向 に精 通 して い る 親 遺 伝 研 の シ ス テ ム は,そ 切 な河 村 が,彼 解 析,BACク の枯 草 菌 仲 問 の 小 笠 原 直 毅 が 筆 者 に会 い リー ドの 末 端 染 色 体 を埋 め た.こ の の ち,完 全 長cDNAの の 末端 ロ ー ンの 末 端 塩 基 の 決 定 に も威 力 を 発 揮 た が っ て い る と い う.半 年 あ ま り経 っ て か ら,す で に ス し た.コ ター トして い る科 研 費 「ゲ ノ ムC」 泳 動 の 結 果 よ り大 き く,シ ゾ ン ゲ ノ ム は16Mb以 に参 加 して い る 太 田 目の ン テ ィ グ を足 して み る とパ ル ス フ ィー ル ド電 気 上で と 田 中 と と も に小 笠 原 に会 う と,シ ゾ ン ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ あ る こ とが 明 らか と な っ た.こ ク トを 立 ち 上 げ ゲ ノム 解 析 に 挑 戦 して み た ら ど うか と夢 合 点 した 筆 者 は,そ の こ と を か ず さDNA研 の よ うな提 案 を して くれ た.し か し筆 者 は,リ ー ド,コ 哲 之 に 話 す と,ゲ ン テ ィ グ,ス よ,と 一 言.そ の と お り,そ の の ち ブ リ ッ ジ ン グ な ど に キ ャ フ ォ ー ル ドな どの 言 葉 も わ か ら なか っ た し,何 よ り も網 羅 的 と い う言 葉 に抵 抗 が あ っ た.さ に定 年 直 前 で 学 生 も少 な くな った うえ,彼 析 に興 味 を示 さ な い.そ ら ら もゲ ノ ム解 ん な 厳 しい状 況 の な か で 一 度 は 断 っ た が,親 切 に も再 度 の 誘 い が あ り意 を決 した.太 田, 田 中 に加 え て,バ イ オ イ ン フ ォマ テ ィ ク ス に 強 くシ ア ノ バ ク テ リア の 分 子 生 物 学 に くわ しい佐 藤 直 樹,藻 類,と れ で全 体 像 が み えた と早 究 所 の 田畑 ノ ム 解 析 は こ れ か らが た い へ ん で す 2年 間 を 要 した. 3.完 全 長cDNAの 太 田 が,ESTの た が,完 作成 解 析 を は じめ数 百 ク ロー ンを解 読 し 全 長 のcDNAの ほ うが 遺 伝 子 の 長 さが わ か り, さ らに 今 後 の プ ロモ ー ター の 解 析 な ど に も有 利 だ と提 案 くに ボ ル ボ ッ ク ス類 の 分 子 系 統 分 類 に くわ しい 分 類 学 者 し た.そ の 野 崎 久 義 を加 え て 班 を組 織 し た.班 の 共 通 の 課 題 は シ 穣 の指 導 を受 け る こ とに な り,太 田 や 宮 城 島 らが い ろ い ゾ ン の核 ゲ ノ ム解 析,そ ろ な 条 件 で 育 て た シ ゾ ン か らRNAを の ほ か に各 人 が サ ブ テ ー マ を も っ て研 究 を進 め る こ と に した. cDNAラ 笠 原 に連 れ られ て,「 ゲ ノ ムC」 の 代 表 であ る 国立遺 伝 学研 究所 の小 原 雄 治の研 究室 に行 っ た.小 イ ブ ラ リ ー を作 成 した.完 木 抽 出 し,完 全 長 全 長cDNA約30,000 ク ロ ー ンが 解 析 の 対 象 とな っ た. 2.ホ ー ルゲ ノム シー クエ ンス 2001年3月,小 こ で,東 京 大 学 医 科 学 研 究 所 の菅 野 純 夫,鈴 原 と新 井 理 が 今 後 の ホ ー ル ゲ ノ ム シ ー ク エ ンス 計 画 に つ い て て い ね い に説 明 して くれ た.筆 わ わ らず 十 分 に理 解 で き な か っ たが,責 者 はあいか 任 の み を感 じて 4.コ ン ピュー タ解析 ゲ ノ ム解 析 に 最 重 要 な の は コ ン ピ ュ ー タ解 析(バ イ オ イ ン フ ォマ テ ィ ク ス)で あ る.遺 伝 研 に は コ ン ピ ュ ー タ の ハ ー ドと ソ フ トに 強 い新 井 が い た.班 が,や に も佐 藤 が い た は り筆 者 の 研 究 室 に も コ ン ピ ュ ー タに 強 い 研 究 者 い た.最 後 に,階 下 に あ る16台 の 最 新 の シ ー ク エ ンサ ー 室 を見 せ られ た と き,ふ と1993年 ご ろ,渡 辺 格 先 生 が い な い と ど う に も進 まな い こ とが わか っ た.筆 者 の研 と行 っ た つ くば市 に あ る農 水 省 の イ ネ ゲ ノ ム解 析 施 設 の は,マ 光 景 を思 い だ した. 置 を細 胞 生 物 学 的 に解 析 して お り,遺 伝 研 や ゲ ノ ム会 議 2001年5月 初 旬,高 原 らが 純 化 し た 核DNAを し遺 伝 研 に 送 る こ とか らス ター トした.シ 約15Mbで 抽出 ゾ ンゲ ノ ム は あ る こ とか ら,ホ ー ル ゲ ノ ム シ ー ク エ ン ス に よ る 解 読 カ バ ー 率 を10倍 と す る と,1リ 塩 基 を解 読 で き る と して,30万 ー ドで500 リ ー ドを解 読 す る 計 算 究 室 に 修 士 課 程 の 大 学 院 生 と して在 籍 して い た 松 崎 素 道 ラ リア 原 虫 内 の色 素 体(ア ピ コ プ ラス ト)の分 裂 装 に連 れ て い っ た と き も,半 年 間経 っ て シ ゾ ンの ゲ ノ ム が 16Mbで あ る こ とが わ か っ た と き も,ゲ ノ ム 解 析 に は あ ま り興 味 を示 さ な い よ うす だ っ た.し か し2001年10月 ご ろ,遺 伝 研 か ら メ ー ル で 送 られ て くる情 報 処 理 に皆 が 困 っ て い る と,突 然,興 味 を もち ゲ ノ ム解 析 に参 加 しは に な っ た.小 原 研 究 室 で は,シ ェ ア リ ン グマ シ ンでDNA じめ た.聞 を 小 さ く粉 砕 し,2kb程 フ トをつ くる ア ルバ イ トを して い た と い う.彼 が 動 きだ 度 のDNAを 電気泳動で選択 く と,学 部 学 生 時 代 に コ ン ピ ュ ー タ会 社 で ソ 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) 103 す とす さ ま じか っ た.誰 よ りも熱 心 に 遺 伝 研 か ら送 られ の コ ン テ ィ グ が の っ た.こ う して,こ て くる 情 報 の解 析 を行 な い,班 員 や 学 生 た ち が 使 い や す れ て き た シ ゾ ン の 染 色 体 が20本 い よ うに ア レ ンジ した.さ っ た.ホ 文 を 読 み,現 cDNAの ら に,ゲ ノ ム 関係 の 大 量 の 論 状 を ほ と ん ど理 解 し た.松 崎 が完全 長 情 報 を も と に コ ン テ ィ グ上 に あ る 遺 伝 子 の 基 図 を つ く り,約5,000個 と推 定 され る 遺 伝 子 を班 員 に 配 り,班 員 はそ れ らが ほか の 生 物 に もあ る既 知 の 遺 伝 子 か ど うか の ア ノ テ ー シ ョ ン を 行 な っ た.ま であ る可能性 が 高 くな ー ル ゲ ノ ム シー クエ ンス 法 は染 色 体 数 の 同 定 に も重 要 な役 割 を果 た した の で あ る.こ う して,大 ンテ ィ グ をす べ て の 染 色 体 に 貼 り付 け,そ Mbに とさ きな コ の 総 計 は16 な っ た.し か し,染 色 体 上 で の コ ンテ ィ グ の位 置 や 向 き は ま だ 明 らか で ない. た 彼 は,BAC ク ロ ー ンの 各 染 色 体 へ の貼 り付 け,染 色 体 上 で の 遺 伝 子 の マ ッ ピ ン グ な ど も,す べ て コ ン ピュ ー タを駆 使 して ま とめ あ げ た.ほ れ ま で17本 か の 生 物 との 遺 伝 子 の 比 較 で は,以 前 ア 7.BACラ イブ ラ リー の作 成 コ ン テ ィ グ の 染 色 体 上 で の整 列 化 は,大 片 を 含 ん だBACク き な ゲ ノム 断 ロ ー ン を使 っ て 行 な っ た.BACラ ルバ イ トを して い た 会 社 の超 大 型 コ ン ピ ュ ー タ を使 わ せ イ ブ ラ リ ー の作 成 は ど この 研 究 室 で も行 な っ て い る 技 術 て い た だ き,2台 で あ るが,長 を1週 間 フ ル 回 転 して 解 析 した. さ の そ ろ っ たBACク ロ ー ンの 作 成 は か な りむ ず か し く,慶 鷹 義 塾 大 学 の 清 水 信 義 の研 究 室 を訪 ね Database Center for Life Science Online Service 5． ア ノ テ ー シ ョン お 願 い した.三 角 修 己 と丸 山真 一 郎 が,浅 完 全 長cDNAの 末 端 配 列 を コ ンテ ィ グ 上 に マ ッ ピ ン グ し,班 員 が 総 力 を結 集 して 行 な っ た ア ノ テ ー シ ョ ン情 報 と対 応 づ け を行 な う こ と に よ っ て,2002年2月,シ ゾ ンに は4,771個 時 点 で,ほ の 遺伝 子 が あ る こ とが 判 明 した.こ の か の研 究 者 か ら知 りた い 情 報 は す べ て得 られ 導 を受 け て,シ い,2002年8月,松 さ れ た.ま しな が ら,こ 申 込 み が あ っ た が,筆 者 は,928個 の コ ンテ ィ グ はつ な 崎 が ほ と ん どの コ ン テ ィ グ を正 し い位 置 と方 向 で 染 色 体 上 に 整 列 化 し た.BACク は,の を 聞 い た 海 外 の研 究 者 か ら共 同実 験 の で カ バ ー す る, 挿 入 サ イ ズ が50kbと100kbの 整 っ たBACラ イブ ラ リ ー を 作 成 し た .こ の 末 端 配 列 を 遺 伝 研 で 解 読 し て も ら た の で,早 急 に 論 文 を ま とめ て発 表 した ら との 意 見 もだ た,噂 ゾ ンの ゲ ノ ム を約20倍 川 修 一 らの 指 ロー ン ち の ブ リ ッジ ン グで も必 須 の 道 具 と な っ た.し か こ ま で きて も928コ ン テ ィ グ は各 染 色 体 上 でつ なが っ て い な い. が っ た わ け で もな く完 全 な状 態 が わ か っ て か ら公 表 した 8.ブ リッジ ング とテ ロメア 配列,セ ン トロメ ア配列 い と,こ れ らの 意 見 や 申 込 み を退 け た. コ ン テ ィグ の 染 色 体 上 で の並 び が 決 ま っ た の で,隣 6.パ ルスフィー ド電気 泳動 と サザンハイブリダイゼーシ ョン コ ン テ ィ グ は ど の よ う に17本 る の か,ど の よ う に928個 の染 色体 上 にの っ てい の コ ンテ ィ グ を各 染 色 体 に貼 り 合 う コ ン テ ィ グ の 末 端 の 配 列 か ら プ ラ イ マ ー を設 計 し, コ ン テ ィ グ 間 に あ る ギ ャ ッ プ をPCR法 班 員 に80カ 所 ず つ 分 配 した が,や で つ な げ た.各 さ しい はず のPCRに り付 け る の か が 問 題 で あ っ た.放 射 性 同位 体 は扱 い が 不 よ る ブ リ ッジ ン グ に大 き な技 術 の 違 い が で た.つ な げ ら 便 とい う こ とで,高 原 が 蛍 光 サ ザ ンハ イ ブ リ ダ イ ゼ ー シ れ な い 班 員 は,自 分 の と こ ろ に は むず か しい 個 所 ば か り ョ ン法 の 活 用 を検 討 した.学 生 た ち は 大 きな コ ン テ ィ グ くれ た な ど不 満 の 声 をだ した.こ の よ う な と き,国 際 プ か ら順 に コ ンテ ィ グ特 異 的 プ ロ ー ブ を設 計 し,こ れ を パ ロ ジ ェ ク トで は どの よ う に乗 り越 え る の だ ろ うか と興 味 ル ス フ ィー ド電 気 泳 動 で分 離 した 各 染 色 体 へ ハ イ ブ リ ダ を も っ た.コ イ ゼ ー シ ョ ン させ た.結 が あ る と こ ろ や,ス しか し,い 果 はお お む ね 良 好 で あ っ た が, ン テ ィ グ 問 に 何kbに テ ム構 造,GC含 もわた ってギ ャップ 量 が局所 的 に高 く くつ か は複 数 の 染 色 体 に ま た が る 場 合 も あ な っ て い る個 所 な ど,特 別 な 配 列 が あ る と こ ろ で は な か り,コ ン テ ィグ 自体 の見 直 し と,多 数 の 反 復 配 列 の 可 能 な か ギ ャ ップ は 埋 め に く く,プ ラ イマ ー の 設 計 もむ ず か 性 に つ い て の検 討 が 必 要 と な っ た.こ の 段 階 で お も しろ しか っ た.こ い こ と が わ か っ て きた.従 グ の 末 端 配 列 を的 確 に解 読 し,ほ か の班 員 が 放 棄 した む 来 の10番 目の 染 色 体 の バ ン ドに は,バ ン ドの 蛍 光 の 濃 さ か ら予 想 さ れ る サ イ ズ の2 倍 の コ ン テ ィグ が の る は ず だ っ た が,実 際 に は4倍 り,12番 104 目 の 染 色 体 の バ ン ドは1本 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.50 もの で あ る は ず が2倍 No.2(2005) こで も救 世 主 が 現 わ れ た,野 崎 は コ ンテ ィ ず か しい ギ ャ ッ プ を つ ぎつ ぎに つ な い で くれ た.こ で く る と,松 崎 の コ ン ピ ュ ー タ解 析,浅 ブ ラ リー 作 成,野 川 のBACラ 崎 の ブ リ ッジ ン グ とい い,彼 こま イ らの超 能 力 を感 じず に は い られ ず,彼 らが い な け れ ば絶 対 にゲ ノ ム解 析 は 進 ま な い と確 信 した.ま た,丸 山 がBACラ ブ ラ リー の ス ク リー ニ ン グ を 行 な い,rRNA遺 ッ ト(18S-5S-16S)の い い だ し た.1986年 ニ ッ トは130コ コ ピー は わ ず か3組 に,出 伝子ユニ みで はないか と 芽 酵 母 でrRNA遺 の高い雑誌 での公表 月かかっ ピ ー と決 定 した 経 験 か ら,筆 者 は 丸 山 の 旬,す で に退 職 して い た 東 京 大 学 の教 授 室 を借 りて論 文 学 の グ ル ー プ が,1カ か し,こ れ が シ ゾ みの 鷹義 塾大 月 ほ どで こ の ユ ニ ッ トを含 むBAC を解 読 して くれ た.残 り2個 の コ ピ ー の 配 列 の解 読 は むず か し く時 間 が か か っ た が,こ れ も最 後 に は野 崎 に解 読 して も らっ た. ギ ャ ッ プが100カ Database Center for Life Science Online Service して,質 ャ ッ プ が100カ 伝 子 ユ ニ ッ トの 完 全 解 読 を急 い だ.慶 所 を 切 っ た 時 点 の2003年2月 を書 きは じめ た.2∼3日 お き に,シ 下 ゾ ンの ゲ ノ ム 解 析 にか か わ る研 究 室 の メ ンバ ー ほ ぼ全 員 が 集 ま り,文 章 を パ ワ ー ポ イ ン トで ス ク リー ン に写 し なが ら討 議 した.班 員 も時 間 が あ る か ぎ り参 加 して くれ た.ど の よ う に膨 大 な資 料 を ま とめ る か,意 見 が 交 差 ・伯 仲 した.4月 教 大 学 理 学 部 に 移 転.引 に立 っ 越 しに よ る研 究 室 の 立 ち上 げ な ど,非 常 に慌 た だ しい な か で も論 文 作 成 に 関 す る打 ち 所 よ り少 な くな っ た 段 階 で 論 文 を 書 き は じめ る こ と に して い た が,む ず か し い個 所 も 多 く, な か な か は か ど らず た い へ ん だ っ た.そ こ で2003年1 月,ギ ャ ップ サ イ ズ を 推 定 す る た め,三 角 がBACク ロ ー ンを使 い 制 限酵 素 マ ップ をつ くっ た .こ れ で,解 読 し た 部 分16Mbの 驚 くよ うな 新 規 な発 見,そ へ の 期 待 感 が 錯 綜 す る.論 文 作 成 に は 約7カ た.ギ ン ゲ ノ ム の 特 徴 を 表 わ す 最 初 の 知 見 だ っ た.3組 ク ロ ー ンの1つ の 努 力 の 結 晶 を輝 くも の に し よ う とす る責 任 感,多 数 の 伝 子 のユ 結 果 は何 か の ま ちが い だ と思 っ た.し rRNA遺 イ ゲ ノ ム解 析 の 知 識 や 経 験 の不 足,参 加 し た多 くの 研 究 者 全 体 像 を つ か ん だ.こ う して,ブ ジ ング を しなが ら論 文 の作 成 に と りか か っ た.し が ら,い ま だ大 き な 問題 が 残 さ れ て い た.セ リッ か しな ン トロ メ ア と テ ロ メ ア の 配 列 が わ か ら なか っ た の で あ る.そ こで, 合 わせ とギ ャ ッ プ埋 め は 欠 か さず 行 な っ た.こ の こ ろ か ら毎 日集 ま る研 究 者 は 少 な くな り,最 後 の 数 カ月 は,松 崎,三 角,黒 岩 晴 子 と筆 者 の4人 で 論 文 の ドラ フ トを ま とめ あ げ,重 要 な と こ ろ は班 会 議 を 開 き意 見 を 聞 く形 を とっ た. 2003年8月 ま で に,進 化 の 話 題 を ゲ ノ ム 解 析 成 果 の 中心 軸 にお い て 論 文 を ま と め あ げ た.佐 藤 は抜 群 の コ ン ピ ュ ー タ解 析 に よ り比 較 ゲ ノ ム解 析 や 分 子 系 統 樹 の 作 成 を 行 ない,ほ か の 生 物 との 遺 伝 子 の 関 連 を理 解 させ て く 粘 菌 の ミ トコ ン ドリ ア プ ラス ミ ドの 末 端 配 列 を決 め た 熊 れ た.投 稿 時 に は ギ ャ ッ プ は57カ 所 に ま で 減 って い た. 本 大 学 の 高 野 博 嘉 に,論 文 の 投 稿 も迫 っ て い る の で1カ こ う し て 幸 い に も,1984年 月 以 内 に 決 定 し て ほ し い と,か とそ の 数16本 た.彼 な り無 理 な お 願 い を し は短 期 間 で 全 力 を尽 く して 解 析 し,論 文 投 稿 の1 週 間 前 に テ ロ メ ア配 列GGGGGGAATを し,20本 決 定 した.し か の 全 染 色 体 の 末 端 の 完 全 解 読 に は さ ら に1年 を 要 した.セ ン トロ メ ア は,ギ ャップのない染色体 配列 の 出芽酵 母 の染色 体 の発 見 の 同 定 に続 い て,2つ 目の真核 生 物核 ゲ ノ ム の 染 色 体 数 を 決 定 した35)(図5).9月 に論 文 をNature 誌 に電 子 投 稿 して か ら は,メ ー ル の や りと りに神 経 を擦 り減 ら した.メ ー ル が 嫌 い な 筆 者 は重 要 な メ ー ル を何 度 か 見 落 と した が,黒 岩 晴 子 が気 づ い て くれ た.進 化 的 な が 決 ま っ た の ち に も特 徴 的 な 配 列 が 見 い だ せ な か っ た 視 点 で 意 見 が 異 な る 査 読 者 が 審 査 を行 な っ た こ と,最 大 が,染 色 体 全 体 に わ た るGC含 3,000字 の と こ ろ を12,000字 量 の 鳥瞰 図 を擬 似 カ ラ ー も書 い た こ と もあ っ て,こ を 用 い て グ ラ デ ー シ ョ ン に す る と,染 色 体 に1カ 所 ず ん な小 さな 生 物 な の に ヒ トの 論 文 よ り何 倍 も長 い 論 文 を つ,は 書 く とは な ん だ,な っ き り と局 所 的 にATリ が わ か っ た.ま H3を ッチ な 領 域 が あ る こ と た,丸 山 が セ ン トロ メ ア 特 異 的 ピス トン 同 定 した.し か し,セ ン トロ メ ア 配 列 の 証 明 は な お 今 後 の研 究 課 題 と して 残 され て い る. た.そ こで,1カ ど と理 由 の わ か ら ない コ メ ン ト も得 月 ほ どか け て,今 度 は こ れ ま で た く さ ん の 論 文 を書 い て き た経 験 を生 か し,細 胞 生 物 学 的 視 点 か ら短 く ま と め る こ と に した.3人 の 査 読 者 か ら届 い た コ メ ン トに対 して ひ とつ ひ とつ 議 論 し,て い ね い に対 応 9.論 文の 作成 して い っ た-11月 ゲ ノ ム解 析 プ ロ ジ ェ ク トの 最 大 の 山 場 は論 文 の 作 成 で あ る こ とに気 づ い た の は,ま とめ は じめ て しば ら く経 っ 末 に 再 投 稿 し,2003年12月 の ク リス マ ス に は,今 度 は ク レ ー ム ら しい ク レ ー ム も つ か ず ほ と ん ど受 理 の 旨 の 連 絡 を受 け た.カ バ ー 写 真 歓 迎 と書 か れ て か らで あ る.こ の 過 程 で は 多 くの興 味 あ る事 件 が 起 こ て い た の で,前 回 添 付 した も の よ り一 段 よ い 写 真 を とろ っ た が,い ず れ 報 告 す る と して こ こ で は 簡 単 に 述 べ る. う と正 月 返 上 で 顕 微 鏡 に は りつ き,写 真 に1位 か ら6位 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) 105 図5真 核 生物 の基 と な る シ ゾ ン の 細 胞核 ゲ ノム全 遺 伝子 20本 の 染 色 体 に5,331個 の 遺 伝 子 が の っ て い る.右 下 は ア ノ テ ー シ ョ ン の 概 要,右 半 分 か ら既 知 遺 伝 子(52%),未 知 遺 伝 子(25%),シ (15%),不 ゾン特有 の遺 伝子 確 定 転 写 物(8%)で あ る.真 核 生 物 を 構 築す る 基 本 遺伝 子 は未 知 の遺 伝 子 約800個 の な か に あ る.こ れ を すべ て の 技 術 を駆 使(Omics)し て 解 く. Database Center for Life Science Online Service [文南犬36よ り改 変 ・転載] ま で の 順 位 を つ け て 送 っ た.ゲ 選 べ と書 い て あ っ た の で,そ 送 し た.が,直 ラの 段 階 で も よ い もの を の な か の3候 前 に 火 星 に 「水 」 が 発 見 さ れ,そ 表 紙 は 流 れ て 目 次 に ま わ っ て し ま っ た.こ 写 真 は な ん と 第6候 補 だ っ た.こ ル ー プ の 名 を と っ て,"Simply 106 蛋 白質 補 を選 ん で 再 核酸 酵素 Vol.50 のため こで 選 ば れ た こ に は英 国 の ロ ッ ク グ Red"と 書 か れ て い た. No.2(2005) 10.ゲ ノ ム解析 プ ロジ ェク トで何 が重 要か シ ゾ ンゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トを振 り返 っ て,先 に述べ た 以外 に と く に重 要 だ と思 わ れ る こ と を述 べ て お きた い. 研 究 資 金,ゲ ノ ム サ イ ズ の 正 確 な把 握,目 実 行 力 と責 任 感,強 力 な 組 織,な 的 意 識,強 ど で あ る.ホ い ールゲ ノ ム シー クエ ンス の 人 件 費,機 器 使 用,消 耗 品 費,完 全長 あ る.カ バ ー 率 が 著 し く低 くな る し,予 算 も億 の 単 位 で イ ブ ラ リー の 作 成 な ど そ 増 え る.そ の ま ま遂 行 す る と コ ン テ ィグ の 段 階 で つ なが れ ぞ れ にか か わ る機 器 の 使 用 料 や 消 耗 品 費 な ど高 額 な研 らな い 部 分 が 多 数 で て くる.カ バ ー率 が 低 い とゲ ノ ム解 究 費 の 多 くは,協 力 して い た だ い た 研 究 室 の ご好 意 に甘 析 そ の もの の 精 度 ・信 頼 性 が低 下 す る う え,再 度 ホ ー ル え た.そ ゲ ノ ム シ ー クエ ン ス を や り直 さ な くて は な ら な く な り, cDNAラ イ ブ ラ リー やBACラ れ 以 外 に,科 研 費 「ゲ ノ ムC」 か ら,4年 班 全 体 に約1億 間で 円 ほ ど をい た だ い た.こ の 研 究 費 の 半 分 くの 場 合,世 界 的に は 班 員 が サ ブ テ ー マ の研 究 に使 用 した の で,す べ て が ゲ 興 味 の対 象 と な る 生 物 は競 合 す る こ とが あ る の で,場 合 ノム 解 析 に使 わ れ た わ け で は な い.し に よ っ て は別 の研 究 者 が 効 率 よ くゲ ノム 解 析 を済 ませ て た が っ て,こ の科 研 費 だ け で は ブ リ ッ ジ ン グ な ど大 量 の プ ラ イ マ ー と高 性 能 の シ ー クエ ンサ ー を使 うプ ロ ジ ェ ク トに は,か な りの し ま う こ と も起 こ りう る. ゲ ノ ム 解 析 は,よ り正 確 に全 部 を解 読 して こそ 意 味 が こ で,並 行 して 走 っ て い る生 物 系 で て く る.し か も,こ れ を限 られ た 時 間 内 に 達 成 しな け 特 定 産 業 技 術 研 究 推 進 機 構 の 「葉 緑 体 の 分 裂 機 構 を解 析 れ ば,競 争 に勝 て な い し,多 額 の 資 金 を い た だ い た義 務 す る プ ロ ジ ェ ク ト」 か ら資 金 を補 填 した.一 一方,こ も果 た せ ず,情 資 金 不 足 で あ っ た.そ Database Center for Life Science Online Service 解 析 は さ ら に遅 れ る こ とに な る.多 のシ 報 も得 られ ず,さ ら に,希 望 す る雑 誌 に ゾ ンゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トは,生 物 系 特 定 産 業 技 術 研 究 推 も掲 載 され な い.こ 進 機 構 の プ ロ ジ ェ ク トに きわ め て効 率 よ く新 た な知 見 を こ との 認 識 は,研 究 者 に つ ね に要 求 され て い る.ゲ ノ ム の よ う な切 迫 した 戦 闘状 況 下 に あ る もた ら し た.こ う した こ とか ら,ゲ ノ ム解 析 に は1Mb・ 解 析 は 多 額 の 資 金 を得 て 機 械 的 に解 析 す れ ば 進 む と考 え 1億 円 ほ ど に は至 らな い ま で も,か な り高 額 な 研 究 費 が る研 究 者 が 多 い が,こ 必 要 で あ っ て,そ に,ゲ の 多 くは 協 力 い た だ い た 研 究 室 へ の れ は大 きな ま ちが い で あ る.確 か ノ ム解 析 は 簡 単 に 機 械 的 に 進 む 部 分 が あ る 一 方 に発 表 で,解 読 率 が 高 くな れ ば な る ほ ど,連 続 す る反 復 配 列 や さ れ れ ば そ の借 金 を 返 さ な くて も済 む か と も 思 っ て い 複 雑 な配 列 に ぶ つ か り,高 度 な 解 析 技 術 や 能 力 が 必 要 と た.そ な る.こ の よ う な部 分 を いつ まで も不 適 正 な方 法 と研 究 借 金 だ っ た と い え る が,内 心,論 文 がNature誌 う は い っ て も,生 物 系 特 定 産 業 技 術 研 究 推 進 機 構 の プ ロ ジ ェ ク トが 並 行 に 進 ん で い な け れ ば,シ ゾ ンゲ ノ ム の 完 全 解 読 に は至 らな か っ た で あ ろ う. 者 で 対 応 して い た の で は ゲ ノ ム 解 析 は 進 行 しな い.こ の た め 責 任 者 は,そ オ ー ダ ー メ イ ド性 の 強 い ゲ ノ ム 解 析 に は 対 象 とな る生 の ゲ ノ ム サ イズ の違 い にか か わ らず, 最 後 ま で他 人 に任 せ ず 自分 た ち で,あ るい は信 頼 で き る 物 が 重 要 で あ る.特 徴 あ る生 物 選 びか らは じま る が,そ 仲 間 と と も に,プ の ゲ ノ ム サ イ ズ の 同 定 に は慎 重 さが 必 要 で あ る.た とえ う強 い 意 志,責 任 感 と実 行 力 を もち,そ れ を 支 え る組 織 イ ツ ・フ ラ ンス 連 合 に よ り微 小 緑 藻 の を得 て 難 関 を乗 り越 え る必 要 が あ る.国 際 的 な ゲ ノ ム プ ば,2002年,ド ゲ ノ ム解 析 が は じ まっ た.彼 は,直 径 が0.7μmと らの ゲ ノ ム 解 析 の推 進 理 由 シ ゾ ンの1.5μmよ り小 さい こ と, ロ ジ ェ ク トを断 固 と し て遂 行 す る と い ロ ジ ェ ク トの 責 任 者 の 責 任 と苦 労 の 大 き さ は 計 りし れ な い に違 い ない.ま た,こ の よ う な状 況 を考 え る と,巨 大 パ ル ス フ ィー ル ドゲ ル 電 気 泳 動 で 推 定 し た ゲ ノ ム サ イ ズ ゲ ノ ム の 寄 せ 集 め ら れ た 配 列 の 信 頼 度 に も疑 問 が 生 じ が9Mbで る. あ る こ とな ど で,真 核 生 物 と して 最 小 の ゲ ノ ム を売 りに した.し か しな が ら,筆 者 は シ ゾ ン を探 して い る20年 ほ ど ま え,今 回 の 緑 藻 を 含 む ほ と ん ど の ピ コ シ ゾ ンゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トで は,当 初,組 織 づ く りに 関 して は,研 究 室 と班 員 が ゆ る い結 合 で ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ プ ラ ンク ト ンの ゲ ノ ムサ イ ズ を調 べ て い る.そ の と き, ク トを 遂 行 す れ ば よ い,と 軽 く考 えて い た.強 力 な組 織 シ ゾ ン よ りゲ ノ ム サ イ ズ の 小 さ い もの を発 見 す る こ とは をつ くる こ とが 重 要 で あ る こ とが わ か っ た の は,ゲ ノ ム で きな か った.そ プ ロ ジ ェ ク トが 進 ん で だ い ぶ 経 っ た と きで あ る.こ れ ま こで 筆 者 が,組 織 化 学 的 に この 緑 藻 の ノ ム サ イ ズ は シゾ ン で,連 絡 を う ま く と り,蛍 光 サ ザ ン プ ロ ッテ ィ ング 法 を の よ う な 例 は 多 々 み られ 導 入 し,陣 頭 指 揮 に あ た っ て い た 高 原 が 農 水 省 に 入 省 し ゲ ノ ム サ イズ を測 定 して み る と,ゲ の3倍 の45Mbで あ っ た.こ る.し た が っ て,開 始 か ら3年 を経 過 して も この 緑 藻 の た.ゲ ゲ ノ ム 解 析 結 果 は い ま だ発 表 さ れ て い な い.推 定 ゲ ノ ム 誰 も 知 らぬ あ い だ に,公 務 員 試 験 を 受 け て い た の で あ サ イ ズ を 基 本 に カバ ー 率 と して10倍 る.し 定 す る の で,ゲ 程 度 に リ ー ドを 設 ノ ム サ イ ズ を小 さ く見 積 る と た いへ ん で ノ ム解 析 で 本 人 が もっ と も忙 しい と き に,し か も ば ら くの 空 白 の の ち,三 角 が ク ラ ミ ドモ ナ ス の 葉 緑 体 核 の研 究 を しな が ら連 絡 係 を ひ き受 け て くれ た.や 蛋白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) 107 が て,彼 が抜 群 の組 織 統 括 力 を発 揮 し,シ ゾ ンゲ ノ ム プ の 機 能 発 現 で 重 要 と され て い る 遺 伝 子,た ロ ジ ェ ク トの 統 括 を 図 り,班 員 や そ の ほ か へ の連 絡,学 遺 伝 子 が シ ゾ ン に は な い.(3)コ 生 へ の 的確 な 指 導 を 行 な っ た.お 陰 で,プ ほ か の 生 物 にみ られ る遺 伝 子 が あ る の に,そ ロ ジ ェ ク トは とえ ばpex11 ンデ ン シ ンの よ う に, れにかか わ 強 力 な連 携 組 織 集 団へ と変 貌 し,ゲ ノ ム解 読 は ス ム ー ズ る構 造 や 現 象,た に促 進 した.彼 が い な か っ た らゲ ノ ム解 析 は ま だ終 わ ら と え ば染 色 体 の 凝 縮 現 象 が シ ゾ ン に は 起 こ らな い.こ こで は,筆 者 の研 究 に 関 係 す る(1)に つ い な か っ た に違 い な い. て 述 べ る. ダ イ ナ ミ ン は,フ シ ス,隔 壁 形 成,小 VI.ゲ ノム解 析 で何 が わか ったか ァ ゴサ イ トー シ ス ・エ ン ドサ イ トー 胞 分 断 や ソー テ ィ ン グ,ミ トコ ン ド リア の 形 態 形 成 な どに 働 く,多 機 能 の フ ァ ミ リー を形 成 ゲ ノ ム 解 析 の 成 果 はNature誌 Database Center for Life Science Online Service だ き た い36).ま た,配 の 論 文 を 参 照 して い た 列 な ど の 情 報 の 一 部 はWebで み す る 遺 伝 子 で あ り,多 数 の研 究 成 果 が 報 告 さ れ て い た. ミ ト コ ン ド リ ア の 分 裂 に 関 し て は,2003年 る こ と が で き る(http://merolae.biol.s.u-tokyo.ac.jp/). が 先 行 して い た.ミ 論 文 は 「金 鉱 の 発 見 」 と 評 価 さ れ,こ 化 過 程 でFtsZか の ころ発 表 され までは誤 解 トコ ン ドリ アの 分 裂 の し くみ は,進 ら ダ イ ナ ミ ン に変 わ っ た と の 説 を 多 く た 生 物 分 野 す べ て の 個 別 論 文 中 で イ ンパ ク トフ ァ ク タ の研 究 者 が 発 表 して い た の で あ る.し か し,シ ゾ ンで は ー(F1000Factor)が3位 FtsZを と な っ た(http://www lOOO.com/top10/).こ .facultyof う し た こ と は と も か く,こ コー ドす る 遺 伝 子 と ダ イ ナ ミ ン を コ ー ドす る 遺 れ まで 伝 子 の 両 方 が存 在 し,し か も,こ れ らの 遺 伝 子 が 働 く場 解 読 さ れ た ゲ ノ ム と し て は 最 小 セ ッ トの 遺 伝 子 が 詰 め 込 所 が 異 な っ て お り,進 化 過 程 に お け る機 能 の 転 換 は 考 え ま れ て い る こ と は 確 か で,真 られ な か っ た.ゲ の 材 料 で あ る.た rRNA遺 核 生 物 と は何 か を知 る絶 好 と え ば,単 細 胞 の 酵 母 と 比 較 し て, 伝 子 ユ ニ ッ トは 分 裂 酵 母 で100∼200,出 で270で あ る が,シ ゾ ン で は わ ず か3組 芽酵 母 み で あ る.ま た, 多 く の 真 核 生 物 で は ほ と ん ど の 遺 伝 子 に イ ン ト ロ ンが 含 ま れ て い る 場 合 が 多 い が,シ か27で あ る.こ パ ラ ロ グ が,ほ くの 遺 伝 子 フ ァ ミ リー や か の 生 物 で 多 数 あ っ て も シ ゾ ン で は1つ で あ る こ と が 多 い.シ コ ン ド リ ア,そ 小 胞 体,ゴ ゾ ン で は イ ン トロ ン は わ ず の よ う に,多 ゾ ン は,複 膜 系 で は 細 胞 核,ミ し て 葉 緑 体 を1個 ル ジ 体,マ ソ ソ ー ム の み が2∼3個 で あ る.し ず つ 含 み,リ た が っ て,高 ドリ アftsZの 遺 伝 子 の ほ か に,い 伝 子 が1つ 等 な真 ゾ ン に は ミ トコ ン わ ゆ る ダ イ ナ ミ ン遺 み つ か っ た.2003年,筆 者 らの 研 究 室 の 大 学 院 生 で あ る西 田 敬 二 ら に よ っ て,免 疫 蛍 光 顕 微 鏡 法, 電 子 顕 微 鏡 法 を用 い る こ と に よ り,こ の ダ イ ナ ミ ンが ミ トコ ン ドリ ア分 裂 の 最 後 に 外 側PDリ ング の 内側 に入 り 込 み,娘 ミ トコ ン ドリ ア の ブ リ ッジ を切 断 す る こ とが 明 ら か に さ れ た38)(図3,図6).こ ト ず つ 含 み ,単 膜 系 で は, イ ク ロ ボ デ ィ を1個 ノ ム解 析 の結 果,シ の こ と か ら,FtsZと な っ た.さ らに よ くゲ ノ ム 情 報 を調 べ る と,ホ モ ロ ジ ー が 低 い もの の,ゲ ノ ム 中 に も う ひ とつ ダ イ ナ ミン遺 伝 子 様 の 配 列 が あ る こ と を発 見 した.宮 城 島 らが くわ し く調 核 生 物 が もつ 基 本 的 な オ ル ガ ネ ラ をす べ て 含 ん で い る こ べ た 結 果,こ と に な る.こ の 未 知 遺 伝 子 の な か に そ の オ ー ソ ロ グが あ っ た.ウ れ らを 光 の 明 暗 で 順 次 同調 的 に分 裂 させ る こ と が で き る.光 て い る が,光 合 成系 の 遺 伝 子 は基 本 が す べ て そ ろ っ 受 容 に 関 す る 遺 伝 子 は,ク リ プ トク ロ ム は あ る が フ ァ イ ト ク ロ ム や フ ォ ト ト ロ ピ ン は な い.イ デユ ダ イ ナ ミ ンが 同 時 に 別 の機 能 を果 た して い る こ と は明 白 と れ は 動 物 菌 類 界 に は な く,シ ロ イ ヌ ナ ズ ナ ェス タ ン ブ ロ ッテ ィ ン グで 調 べ る と,こ の ダ イ ナ ミ ン様 蛋 白 質 は葉 緑 体 の 分 裂 期 に の み 出 現 した.そ 電 子 顕 微 鏡 法 で そ の 局 在 を み る と,ミ こ で,免 疫 蛍 光 トコ ン ドリ ア と同 コ ゴ メが 固 い 細 胞 壁 を もつ の に対 し シ ゾ ン に は そ れ が な 様 に,娘 葉 緑 体 分 裂 の 最 後 の 分 断 に働 く こ と が 明 らか に い の で,生 な っ た39)(図6). 化 学 的 な 実 験 に も有 利 で あ る. シ ゾ ンゲ ノ ム とそ の ほ か の生 物 の ゲ ノ ム を比 較 解 析 す る と 興 味 深 い 結 果 が 得 ら れ る37).結 け ら れ る.(1)ダ 果 は 大 き く3つ イ ナ ミ ン の よ う に,あ に分 る特 定 な現 象 や い まや,ミ トリ オ(FtsZリ トコ ン ドリ ア と色 素 体 は 同 じ ダ イ ナ ミ ッ ク ン グ,MDリ ン グ/PDリ っ た.こ ゾ ン に は1つ,も そ して 代 謝 系 の 類 似 性 は,ミ う に,ほ 108 イ ク ロ ボ デ ィの よ か の 生 物 に み ら れ る 構 造 や 現 象 が あ る の に,そ 蛋 白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) イナ ミ ン リ ング)を 使 っ て 分 裂 増 殖 し て い る こ とが 明 らか と な 構 造 に か か わ る 遺 伝 子 が ほ か の 生 物 で は 多 数 あ る が,シ し く は な い.(2)マ ング,ダ 源 が,従 の 酷 似 性 に 加 え て,ゲ 来 の 共 生 説 の2源 ノ ム サ イ ズ,母 性 遺 伝, トコ ン ドリア と色 素 体 の 起 と考 え る よ りむ し ろ,単 一 源 Database Center for Life Science Online Service 図6ミ トコ ン ドリア と 色 素 体 の 分 裂 機 構 の 模 式 図 と そ の 類 似 性 (a)色 素体 の 分 裂 機構.ま ず,FtsZリ ン グが 形 成 さ れ,分 裂 面 に お け るPDリ ング の 形成 と と も に収 縮 が 始 ま る.分 裂 の 最 後 にな る と, ダ イナ ミ ンパ ッチが 細 胞 質 か ら分 裂 面 に集 合 し,ダ イナ ミ ン リン グ が形 成 さ れ 色素 体 の 分 裂 が終 了 す る.(b)ミ ミ トコ ン ドリアの 分 裂 も 色素 体 の 分 裂 機構 に似 て お り,FtsZリ ア は分 裂 す る.(c)ミ リン グ/MDリ 内 側PDリ ン グ,MDリ トコ ン ドリア の 分 裂 機 構; ン グ,そ して ダイ ナ ミ ン リン グの 川 頁に現 わ れ,ミ トコン ドリア と色 素 体 分裂 の 酷 似 性.ミ トコ ン ドリアも 色 素 体 も,基 本 的 に はダ イ ナ ミ ッ ク トリオ(FtsZリ ン グ,ダ イナ ミ ン リン グ)を 使 って分 裂 す る.ま ず,FtsZリ ン グ/MDリ ン グ がFtsZリ 収 縮 が始 まる.FtsZリ ン グ と内 側PDリ ン グ/MDリ ン グが 外 包 膜 の 外 側 の 細 胞 質 側 に形 成 さ れ る. ン グ は分 解 さ れ な が ら収 縮 す る.一 方,外 側PDリ 太 くな る,最 後 に,ダ イ ナ ミ ンパ ッチ が 細胞 質 か ら外 側PDリ ン グ/MDリ ン グ,PD ン グが オ ル ガ ネ ラの 分 裂赤 道 面 の 基 質 内 に形 成 さ れ る.つ ぎ に, ン グ と 内 包 膜 の あ い だ に,外 側PDリ ン グ/MDリ トコ ン ドリ ン グ/MDリ ン グは 収 縮 しな が ら ン グ と外 包 膜 の あ い だ に移 動 し,ダ イ ナ ミ ン リ ン グを 形 成 し娘 オ ル ガネ ラを 分 断す る. [aは 文献39,bは 文 献38よ り許 可 を 得 て 転載] 組 換 え に も成 功 し42),分 子 生 物 学 的,生 と の 考 え を 支 持 し て い る40). 化 学 的,遺 伝 学 的解 析 の 手 法 が 整 備 され て きた こ とか ら,今 後,シ が オ ル ガ ネ ラ研 究 の モ デ ル生 物 と し て,国 内 外 を 問 わ ず おわ りに シ ゾ ンのPDリ ゾン ング の プ ロ テ オ ー ム解 析 や3ゲ ノムの 活 用 され る こ とが 期 待 され る. マ イ ク ロ ア レイ を使 っ た 解 析 も進 み,予 想 を こ え た 多 く シ ゾ ンゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク ト推 進 に あ た っ て お世 話 に な っ た 国立 の 蛋 白質 や 遺 伝 子 が ミ トコ ン ドリ ア と色 素 体 の 分 裂 に 関 遺 伝 学 研 究 所 の 小 原研 究 室 の 方 々,東 京 大 学 医科 学研 究所 の菅 野 与 して い る こ とが 示 唆 され て きた.オ 研 究 室 の 方 々,慶 鷹 義 塾 大 学 の 清 水 研 究 室 の 方 々,ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク ト班 員 の 方 々,お よび,東 京 大 学 大学 院 理 学系 研 究 科 旧発 生 全 貌 を解 くに は,や ろ う.ご く最 近,八 ル ガ ネ ラ の増 殖 の は りゲ ノ ム情 報 が な け れ ば無 理 で あ 生物 学 研 究 室 の学 生 諸 君,そ 木 沢 芙 美 らは シ ゾ ンの 突 然 変 異 体 を に ご尽 力 くだ さっ た 立 教大 学 の 河村 富士 夫 教授 と奈 良 先端 科 学 技 は じめ て 分 離 し41),ま た,田 中研 究 室 の蓑 田 歩 は相 同 して,こ の プ ロ ジ ェ ク トの 立 ち上 げ 術 大 学 の 小 笠 原直 毅 教授 に深 く感 謝 した い. 蛋白質 核酸 酵素 Vol.50 No.2(2005) 109 文 献 1) 2) 3) 4) 12) Kuroiwa, T.: J. Cell Biol., 63, 299-306 (1974) Kuroiwa, T.: Int. Rev. 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