蛋白質核酸酵素:ゲノムを次世代に伝えるナノファイバー

Review
ゲノムを次世代に伝えるナノファイバー
スピンドル微小管のダイナミクス
木下和久
真 核 生 物 の ゲ ノ ム は,M期
に お い て ス ピ ン ドル に よ っ て子 孫 細 胞 に 分 配 され る が,そ の は た ら
き は直 径4000万
ー トル(約25nm)の
分 の1メ
ナ ノ フ ァイ バ ー,微 小 管 に よ って 支 え られ て い
る,微 小 管 は チ ュー ブ リン2量 体 が重 合 した ポ リマ ー で あ り,“ 動 的 不 安 定 性 ”と よ ば れ る 特 異
な ふ る ま い を 示 す.こ の 微 小 管 特 有 の ふ る ま い が,ス ピ ン ドル の 形 成 と 機 能 に不 可 欠 な 役 割 を
は た して い る.本 稿 で は,ス ピ ン ドル フ ァイ バ ー=微 小 管 の 研 究 の 歴 史 を追 う こ と に よ って,
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ス ピ ン ドル に お け る 微 小 管 ダ イ ナ ミ クス の分 子 機 構 の 理 解 が 現 在 ど こ ま で 進 ん で い る の か を 概
説 す る.
細胞 分裂
は じめ に:ス
ス ピン ドル
ピ ン ドル フ ァイ バ ー 研 究 の は じま り
真 核 生 物 の 遺 伝 情 報 を 担 う ゲ ノ ムDNAは,細
のS期
微 小管
に お い て 複 製 さ れ,そ
の 後,M期
染色 体
中心体
そ の 実 在 は20世 紀 前 半 の 半 世 紀 に わ た っ て 議 論 の 対 象
胞周 期
にお い て ス ピ
に な っ て い た.と い うの は,ス
ピ ン ドル フ ァイ バ ー は あ
る 一 定 の 条 件 下 で 固 定 した細 胞 で は 観 察 さ れ る もの の,
ン ドル(紡 錘 体)に よ っ て 分 配 さ れ,娘 細 胞 に伝 達 さ れ
当 時 の技 術 で試 料 の 構 造 の保 存 に 最 適 と考 え られ て い た
る.体 細 胞 の 有 糸 分 裂(mitosis)に お い て の み な らず,
固 定法 に よ っ て は そ の 存 在 が 確 認 で きな か っ た た め で あ
親 の 二 倍 体 ゲ ノ ム か ら一 倍 体 の 配 偶 子 を 形 成 す る 際 の 減
る.す
数 分 裂(meiosis)に お い て も ス ピ ン ドル の は た ら きが 必
過 程 で 生 じる 人 工 産 物(ア ー テ ィ フ ァ ク ト)で は な い か と
要 で あ る.す な わ ち ス ピ ン ドル は,ひ とつ の 受 精 卵 か ら
一 個 体 を構 成 す る 個 々 の 細 胞 へ ,さ らに は 一 個 体 か ら次
い う疑 い に,長 い あ い だ さ ら され て い た こ とに な る.
世 代 の個 体 へ,ゲ
ァ イバ ー の 実 在 を 明 確 に 証 明 した の が,1950年
ノ ム情 報 を継 承 す る メ ッセ ンジ ャー の
なわ ち,ス
ピ ン ドル フ ァ イ バ ー は 細 胞 を固 定 す る
そ の 疑 い を完 全 に 払 拭 し,細 胞 に お け る ス ピ ン ドル フ
役 割 を は た す こ とに よ っ て,生 命 の 連 続 性 を保 証 して い
のShinya
る.
用 い た 生 細 胞 観 察 で あ っ た2,3).彼 は,生
代 初頭
Inoue(井 上 信 也)に よ る,偏 光 光 学 顕 微 鏡 を
体 内の 高分 子
ス ピ ン ドル は1回 の 細 胞 分 裂 ご と に形 成 さ れ,染 色 体
を可 視 化 す る 高 感 度 の 偏 光 顕 微 鏡 を 開発 し,そ れ を用 い
を娘 細 胞 に 分 配 す る とい う機 能 を遂 行 した の ち消 失 す る
て 一 部 の 固 定 した細 胞 で 観 察 され て い た ス ピ ン ドル フ ァ
M期 特 異 的 な構 造 体 で あ り,分 裂装 置(mitodc apparatus)
イバ ー が,た
しか に 生 細 胞 に お い て も存 在 して い る こ と
と も よ ば れ る.19世
を示 した.こ
れ は,細 胞 生 物 学 の 進 展 が 顕 微 鏡 観 察技 術
紀 後 半,ド イ ツのFlemmingに
細 胞 分 裂 の 詳 細 な 記 載 に は,ス
よる
ピ ン ドル の 赤 道 面 に並 ん
の 発 展 に よ っ て もた ら さ れ る とい う典 型 的 な ケ ー ス で あ
だ 凝 縮 染 色体 と ス ピ ン ドル の 長 軸 方 向 に 走 る繊 維 像 が 描
ろ う.興 味 深 い こ とに,1950年
か れ て い る1).こ の ス ピ ン ドル を構 成 す る繊 維(spindle
Dan
fiber,以 下 ス ピ ン ドル フ ァ イバ ー と よ ぶ)は,い
る こ と に成 功 して お り4),ス ピ ン ドル の 本 格 的 な細 胞 生
まか ら
100年 以 上 前 に す で に 記 述 さ れ て い た に も か か わ らず,
Kazuhisa
Kinoshita,
From spindle
fibers
Max Planck Institute
to microtubule
dynamics
of Molecular
Maziaと
団 勝 磨 は,ウ
代 は じ め の ほ ぼ 同 時 期,
ニ 卵 か ら分 裂 装 置 を 単 離 す
物 学 的研 究 と生 化 学 的 研 究 が ほ ぼ 時 を 同 じ く して 始 ま っ
Cell Biology and Genetics
E-mail
: [email protected]
in mitosis
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.51No.3(2006)
197
ル タ ル ア ル デ ヒ ドを 用 い た 固 定 法 が 開 発 さ れ,生
体 試料
の 構 造 の 保 存 が 大 幅 に 改 善 さ れ る よ う に な り,よ
り高 い
解 像 度 に よ り,こ
の 繊 維 状 の 構 造 は1本
の繊 維 が 中 空 の
管 と し て 観 察 さ れ た5).分
裂 細 胞 の ス ピ ン ドル に お い て
観 察 さ れ た 管 状 構 造 は,問
期植物細 胞の細 胞表層 さらに
は 原 生 動 物 に お け る ア ク ソ ネ ム(axoneme;軸
糸)に み
ら れ る 構 造 体 と 類 似 し て お り,総:称 し て 微 小 管(microtu
bule)と
名 づ け ら れ た6,7).電
子 顕 微 鏡 で 示 され た ス ピ ン
ドル で み ら れ る 微 小 管 の ふ る ま い が,偏
光顕微 鏡 によ っ
て 示 さ れ た ス ピ ン ドル フ ァ イ バ ー の ふ る ま い に 相 似 し て
い る こ と が 示 さ れ た が8),こ
の 時点 では微小 管が ス ピ ン
ド ル フ ァ イ バ ー そ の も の な の か,決
図1ス
ピ ン ドル フ ァ イ バ ー の 伸 縮 と 染 色 体 の 移 動
M期 中期,停 止 した ウニ 卵 細胞 の ス ピ ン ドル に コル ヒチ ン処 理 あ
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る い は低 温 処 理 を 行 な う と,ス ピン ドル フ ァイ バ ー(緑 色)が 短 縮
し,染 色 体(青 色)が 細 胞 表 層 近 く ま で 移動 す る.コ ル ヒチ ン を 除
くあ る い は 温度 を 上 げ る こ と に よ っ て,ス ピ ン ドル フ ァイ バ ー は
着 は し な か っ た.
電 子 顕 微 鏡 に よ っ て 微 小 管 が 見 い だ さ れ た1960年
の ほ ぼ 同 時 期,Taylorは,コ
の 作 用 が,細
代
ル ヒ チ ンの 分 裂 毒 と し て
胞 内 の あ る 物 質 に コ ル ヒ チ ンが 結 合 す る こ
と に よ っ て も た ら さ れ て い る こ と を 示 し て い た9).Borisy
再 伸 長 し,染 色 体 も も との 位 置 ま で押 し戻 さ れ る.
とTaylorは,さ
らにウニ卵 の細胞 質あ るいは精 製 した
分 裂 装 置 か ら コ ル ヒ チ ン 結 合 蛋 白 質 を 単 離 し た10,11).興
た と い っ て よ い.
味 深 い こ と に,脳
半 世 紀 以 上 の 時 を経 て,ス
ピ ン ドル フ ァ イバ ー は よ う
裂 装 置,ア
組 織 に も,ウ
ニ 卵 の細 胞 質 あ る い は分
ク ソ ネ ムか ら単 離 され た も の と 同様 の コ ル ヒ
や くそ の存 在 が 確 か な もの と して 認 め られ た わ け だ が,
チ ン結 合 蛋 白 質 が 含 ま れ て お り,脳
同 時 にInoueは,ス
の 精 製 の 際 の 豊 富 な 供 給 源 と な っ た.こ
ピ ン ドル フ ァ イバ ー の 興 味 深 い性 質
を 見 い だ して い た.そ
れ は,細
胞 内 の ス ピ ン ドル フ ァイ
降 定 数6S,分
子 量110Kの
て 同 定 さ れ12),毛
で あ る コ ル ヒ チ ン存 在 下 に細 胞 を さ らす こ と に よ っ て短
と 命 名 さ れ た13）.精 製 さ れ た110Kの
縮 す る と い う性 質 で あ っ た3)(図1).そ
分 子 量 約55Kの
ァ イバ ー の 変 化 は 可 逆 的 で,細
利 秀 雄 に よ っ て チ ュ ー ブ リ ン(tubulin)
分 子 の2量
サ ブ ユ ニ ッ ト は,
体 で あ っ た14）.
胞 を常 温 あ る い は コ ル ヒ
チ ン非 存 在 下 に 戻 す と再 び も との 長 さ に まで 伸 長 した.
こ の 発 見 は,ス
の 蛋 白 質 は,沈
微 小 管 の サ ブユ ニ ッ ト と し
バ ー が,低 温 あ る い は細 胞 分 裂 を阻 害 す る ア ル カ ロ イ ド
の ス ピ ン ドル フ
組織 はその後 の研究
II.ス ピ ン ドル フ ァイパ ー と微 小 管 の ぶ る ま い のパ
ピ ン ドル フ ァイ バ ー が 静 的 で 安 定 な構 造
ラ ドック ス
で は な く,変 化 を受 け や す い不 安 定 な もの で あ る と い う
ス ピ ン ドル の本 質 的 な特 性 を示 して お り,さ ら に は,ス
電 子 顕 微 鏡 に よ る ス ピ ン ドル 近 傍 にお け る微 小 管 の 発
ピ ン ドル フ ァイ バ ー の 伸 縮 が 染 色 体 の 動 きの 原 動 力 を生
見 と,コ ル ヒチ ン結 合 蛋 白 質 と して の チ ュ ー ブ リ ンの 生
み 出 す と い う予 測 を も た ら した(図1).こ
化 学 的 同 定 は,Inoueが
の研 究 に大 き な 影 響 を 及 ぼ した,細
れ は,そ の 後
胞生物学 にお けるも
偏光顕 微鏡 で見 いだ したス ピ ン
ドル フ ァイ バ ー の 実体 が 微 小 管 で あ る こ とを 強 く示 唆 し
て い た.し か しな が ら,細 胞 か ら単 離 さ れ た 分 裂 装 置 は,
っ と も重 要 な発 見 の ひ とつ で あ ろ う.
低 温 にお い て も安 定 で コ ル ヒ チ ン処 理 して も不 安 定 化 せ
ず,精
I.微 小 管 と チ ュー ブ リンの 発 見
製 され た チ ュ ー ブ リ ン も細 胞 内 の ス ピ ン ドル フ ァ
イ バ ー の よ う なふ る まい を示 さな か っ た た め,ス
1950年 代 半 ば に 入 る と,電 子 顕 微 鏡 に よ っ て 分 裂 細
胞 や神 経 細 胞 の 軸 索 に繊 維 状 の 構 造 が 観 察 され る よ うに
な っ た が,こ
れ は お も に,生 体 試 料 の 固 定 に オ ス ミウ ム
が 導 入 さ れ た こ と に よ る.さ
198
蛋白質 核酸
らに1960年
酵 素Vol.51No.3(2006)
代 に入 り,グ
ピンド
ル フ ァイバ ー が 微 小 管 そ の も の で あ る とい う決 定 的 な 証
拠 が 得 られ な か っ た の で あ る.
ス ピ ン ドル フ ァイ バ ー が 微 小 管 そ の もの で あ る こ と を
決 定 づ け る 転 機 と な っ た の は,1972年
のWeisenberg
に よ る,in
vitroに お け る 精 製 チ ュ ー ブ リ ン を 用 い た 微
小 管 重 合 の 報 告 で あ る15).彼
チ ュ ー ブ リ ン を,Ca2+を
は,ウ
シ 脳 か ら粗 精 製 し た
除 きGTPとMg2+の
イ ン キ ュ ベ ー シ ョ ン す る こ と に よ っ て,重
存在 下 で
合,す
な わ ち,
微 小 管 の 形 成 を再 構 成 で き る こ とを 初 め て 示 し た.
tro
脱 重 合 し,も
vi
との 温 度 に 戻 す と再 び重 合 した.そ
して,
ー
,す
れ ま で 知 ら れ て い なか っ た ス ピ ン ドル フ ァ イ バ
な わ ち,ス
ピ ン ドル 微 小 管 の 性 質 が 明 ら か に さ れ
た.SalmonとMcIntoshの
グ ル ー プ は,蛍
光 標 識 した
チ ュ ー ブ リ ン を細 胞 内 に導 入 し微 小 管 を 視 覚 化 した う え
で,局
所 的 に レー ザ ー を 当 て て 一 部 の チ ュ ー ブ リ ンの 蛍
光 を 不 活 性 化(bleach)し,そ
の 後 の 蛍 光 チ ュ ー ブ リ ンの
動 向 を 追 う こ と に よ っ て,微
小 管 におけ るチュー ブ リン
そ の 微 小 管 は コ ル ヒ チ ン処 理 に よ っ て 脱 重 合 した の で あ
分 子 の タ ー ン オ ー バ ー 速 度 を 測 定 し た17).
る.眉 頭 で 述 べ たInou6に
rescence
よ っ て 明 らか に され た ス ピ ン
recovery
after
FRAP (fluo
光 退色後蛍光
photobleaching,
ドル フ ァイ バ ー の 性 質 と,in vitroで 再 構 成 され た微 小
回 復)法 と よ ば れ る こ の 方 法 に よ っ て,ス
ピ ン ドル 中 の
管 の ふ る まい が 一 致 す る こ とが,こ
微 小 管 の タ ー ンオ ー バ ー 速 度 が わ ず か1分
に も満 た な い
の で あ る.Weisenbergの
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in
で 再 構 成 した 微 小 管 は,低 温 に お く と不 安 定 化 して
て,そ
こ に 初 め て 示 され た
発 見 は,そ の 後 の 微 小 管 の 生
こ とが 明 らか に さ れ た.当 初,微
小 管 は 化 学 的 平 衡 に基
化 学 的 な解 析 を 可 能 に した とい う意 味 で も画 期 的 で あ っ
づ い て 重 合 ・脱 重合 を す る ポ リマ ー の ひ とつ で あ り,そ
た.ま
の サ ブ ユ ニ ッ トで あ る チ ュ ー ブ リ ン の 濃 度 に 応 じ て 重
た,同 様 な 条 件 を用 い る こ と に よ っ て,ウ
シ脳 以
外 か ら得 た チ ュ ー ブ リ ン分子 も重 合 し微 小 管 を形 成 す る
合 ・脱 重 合 が 起 こ る と 考 え ら れ て い た た め,20∼60秒
こ とが 明 らか に な っ た.
以 内 とい う ター ンオ ー バ ー は予 想 を は る か に上 回 る 非 常
に 急 速 な もの で あ っ た.
III.ス ピン ドル微 小 管 の ター ンオー バー
IV.微 小管の動的不安定性の発見
1970年 代 前 半 ま で に,ス
ピ ン ドル フ ァ イ バ ー の 実 体
が微 小 管 で あ る こ と,微 小 管 は 可 逆 的 な変 化 を受 け や す
ス ピ ン ドル に お け る 微 小 管 の タ ー ン オ ー バ ー 速 度 が 報
い構 造 で あ る こ とが 確 立 さ れ た とい え る だ ろ う3).Weis
告 さ れ た の と 同 じ く1984年,そ
enbergの
ー の も と とな る 微小 管 の 重 要 な特 性 が 発 見 さ れ た.
常,微
発 見 以 降,微
小 管 の 生 化 学 的解 析 が 進 み,通
小 管 の伸 縮 は そ の 末 端 に お け るチ ュ ー ブ リ ンの 重
MitchisonとKirschnerに
の 素 早 い タ ー ンオ ー バ
よ る,動
的 不 安 定 性(dynamic
合 と脱 重 合 に よ っ て起 こ る こ と,微 小 管 が 伸 長 速 度 の 速
instability)の 発 見 で あ る(図2)18).彼
い プ ラ ス 端 と遅 い マ イ ナ ス端 を もつ 極 性 を もっ た ポ リマ
ブ リ ン と 単 離 さ れ た 中 心 体 を 用 い,in vitroで
ー で あ る こ とが 明 らか に され た16).
形 成 さ せ て 時 間 ご と に 固 定 し,定
1980年 代 に 入 る と,新
たな顕微 鏡技 術 の導 入 に よ っ
分 布 を 調 べ た.そ
ら は,精
製 チ ュー
微 小 管 を
時 的な微小 管の長 さの
の 微 小 管 長 の 分 布 の経 時 変 化 か ら導 き
図2微
小 管重 合の 動 的不 安定 性
(a)あ る集 団 の なか の個 々 の微 小 管 には,
伸 長 して い る も の(g:growing,紫)と
縮 小 して い る も の(s:shrlnklng,赤)
の両 者 が 共存 して い る.
(b)1本 の微 小 管 の 長 さ の 経 時 変 化.伸
長状 態 か ら縮小 状 態へ の 転換(力 タ ス トロ
フ),あ る い はそ の 逆,縮 小状 態か ら伸 長
状態 へ の転 換(レ ス キ ュ ー)は 確 率 論 的 に
起 こる た め,い つ 起 こる か 予測 で き な い
(C)微 小 管 の 伸 縮 は微 小 管 末 端 に お け. る
チ ュー ブ リン分 子 の 付 加 と脱 落 によ って
起 こる.伸 長 相 か ら縮 小相 へ の 遷 移 を 力
タス トロ フ,逆 の 遷 移 を レスキ ュー と よ
ぶ.微 小管 の ふ る ま い は伸 長 速 度,縮 小
速 度,力 タス トロ フ 頻 度,レ ス キ ュ ー頻
度 の4つ の パ ラ メ ー タ で記 述 で き る.
蛋 白質 核 酸 酵素VoL51No3(2006)
199
出 さ れ た の は,“ あ る集 団(population)に
本 の微 小 管 は,定 常 状 態 に は 達 せ ず,伸
長 して い る状 態
す る ほ か,温
度 を 高 くす れ ば伸 長 速 度 も速 くな る.し た
が っ て,in vitroに
お い て も チ ュ ー ブ リ ン濃 度 あ る い は
か あ る い は縮 小 を して お り,確 率 論 的 に そ の 一 方 の 状 態
温 度 をあ げ る こ と に よ っ て,生
か ら他 方 の 状 態 に 転 換 し て い る”と い う モ デ ル で あ っ た
小 管 と同 等 の 伸 長 速 度 を 再 現 す る こ と は 可 能 で あ る.し
(図2a).す
な わ ち こ の モ デ ル で は,定 常 状 態 の 微 小 管
理 的 条 件 下 で み られ る微
か しな が ら,こ の 条 件 で は カ タス トロ フ頻 度 は 限 りな く
の 集 団 の なか に は伸 長 して い る微 小 管 と縮 小 して い る微
ゼ ロ に近 い.in vitroで
小 管 の 両 者 が 共 存 して い て,ま
は 反比 例 の 関 係 に あ り,伸 長 速 度 を 上 げ れ ば 上 げ る ほ ど
態,あ
る い はそ の逆,縮
起 こ る が,そ
2b).こ
れ に伸 長 状 態 か ら縮 小 状
小 状 態 か ら伸 長 状 態 へ の転 換 が
の 転 換 は いつ 起 こ る か は 予 測 で き な い(図
は伸 長 速 度 と カ タス トロ フ 頻 度
カ タス トロ フ は起 こ ら な くな っ て し ま うか らで あ る.こ
のin vitroとin vivoに
お け る 動 的 不 安 定 性 のパ ラ メー タ
の 動 的 不 安 定 性 の モ デ ル で あ れ ば,平 衡 論 に 基
の パ ラ ドッ ク ス は,'in vivoに お い て は チ ュ ー ブ リ ン分 子
づ い た 古 典 的 な ポ リマ ー の 重 合 モ デ ルで は 説 明 で きな か
以 外 の 因子 が 動 的 不 安 定 性 に 影 響 を 及 ぼ し て い る こ と を
っ た ス ピ ン ドル にお け る 素 早 い 微 小 管 の ター ン オ ーバ ー
示 唆 して お り,生 理 的 な微 小 管 動 態 を 制 御 す る 因子 の 探
速 度 も説 明 が 可 能 で あ る.
索 の き っ か け と な っ た.
in
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お け る一 本一
に お け る 個 々 の 微 小 管 の ふ る まい が 動 的 不 安
vitro
定 性 を 示 す こ と は,そ
の 後,堀
尾 哲 也 と宝 谷 紘 一 に よ る
暗 視 野 顕 微 鏡 観 察,さ
ら に,Walkerら
に よ る ビデオ 強
微 小 管 動 態 の 制 御 因 子 と して よ く知 られ て い る の は,
や は り微 小 管 結 合 蛋 白 質(MAP;microtuble
associated
protein)で あ ろ う.古 典 的 な 微 小 管 結 合 蛋 白 質 で あ る
化 型 位 相 差 顕 微 鏡(video-enhancedDICmicroscopy)観
MAP1,MAP2,tauな
察 に よ っ て,直
に す で に発 見 され て い た.脳 組 織 か らチ ュ ー ブ リ ンを精
ら は,微
接 視 覚 化 さ れ 証 明 さ れ た19,20).Walker
小 管 の 伸 長 状 態 か ら縮 小 状 態 へ の 遷 移 を カ タ ス
ト ロ フ(catastrophe),縮
を レ ス キ ュ ー(rescue)と
小 状 態 か ら伸 長 状 態 へ の 遷 移
名 づ け,伸
長 速 度 と 縮 小 速 度,
そ し て カ タ ス トロ フ と レ ス キ ュ ー の 頻 度 の4つ
ー タに よ り
,微
のパ ラメ
in
的不 安 定性 の発 見 以前
ュ ー ブ リ ン分 子 と挙 動 を と もに す る ア ク セ
サ リー 蛋 白質 と して 同 定 され て い た か らで あ る.こ れ ら
の 神 経 細 胞 由来 の微 小 管 結 合 蛋 白質 は 微 小 管 を 安 定 化 す
る は た ら き を もつ こ とが 明 らか に さ れ た が,ス
ピ ン ドル
にお け る微 小 管 動 態 へ の 影 響 は 不 明 で あ っ た.
小 管 の ふ る ま い を 記 述 し た20)(図2c).
動 的 不 安 定 性 は精 製 チ ュ ー ブ リ ンを 重 合 させ た
vi
の 微 小 管 で 観 察 さ れ る こ とか ら,チ ュ ー ブ リ ン分 子
tro
製 す る 際,チ
ど は,動
細 胞 分 裂 にお け る 微 小 管 動 態 の 制 御 因 子 の最 初 の 手 が
か りは,ア
フ リ カ ツ メ ガエ ルXenopus laevisの
卵 抽出液
そ の も の に 本 来 備 わ っ て い る 性 質 に 由 来 し て い る.で
を用 い た 生 化 学 的 な研 究 か ら得 られ た.ア
は,細 胞 内 に お け る微 小 管 の ふ る まい は ど う なの で あ ろ
エ ル未 受 精 卵 抽 出液 を 用 い た 生 化 学 的研 究 は,増 井禎 夫
うか.ス
の MPF
ピ ン ドル 微 小 管 の ター ン オ ー バ ー の 測 定 で は
(maturation
promoting
フ リカ ツ メ ガ
現 在 で はM
factor,
個 々 の 微 小 管 の ふ る ま い を 追 跡 す る こ と は で きて い な か
phase
っ た が,そ
static factor) の 発 見 とい うパ イ オ ニ ア ワ ー ク をそ の端 緒
の 後 の研 究 に よっ て,細
胞 内 に お い て も微 小
promoting
factor
と も よば れ る)お よ び CSF (cyto
管 の 動 的 不 安 定性 が み られ る こ と が 示 さ れ た21).し か し
と し,酵 母 の遺 伝 学 的研 究 と と もに,現
な が ら,in vitroに お け る微 小 管 とin vitroに お け る微 小
究 の 発 展 の 礎 を 築 い て きた.ア
管 の 動 的 不 安 定性 に は明 らか な 違 い が あ っ た.in vivoに
液 の 実 験 材 料 と して の最 大 の メ リ ッ トは,卵
お け る微 小 管 は,細 胞 内 と同 程 度 の濃 度 の 精 製 チ ュー ブ
よ って つ ぶ して 調 製 し た細 胞 質 抽 出 液 に お い て 細 胞 周 期
リ ンを 重 合 させ た場 合 と比 べ 明 らか に伸 長 速 度 が 速 く,
を 進 行 させ る こ とが で きる こ と に あ る.く
よ り頻 繁 に カ タス トロ フ,す な わ ち,伸 長 相 か ら縮 小 相
内 す な わ ち細 胞 質 中 の 生 理 的 条 件 を 試 験 管 内 に お い て 再
へ の 転 換 が み られ た の で あ る.
現 で き る.実 際,細 胞 周 期 進 行 そ の もの だ け で な くDNA
複 製,核
V,in vitroとin vivoの 動 的不 安定 性 のパ ラ ドック ス
膜 の 崩 壊,染
在の細胞周期研
フ リ カ ツ メ ガエ ル卵 抽 出
を遠 心 力 に
わ え て,細 胞
色 体 凝 縮 と い っ た,細 胞 周 期 にお
け る細 胞 内 の さ ま ざ ま な イ ベ ン トが,こ
の細胞 質抽出液
中 で 起 こ り う る22・23).1987年,GardとKirschnerは,
in
vitro
に お い て 精 製 チ ュ ー ブ リ ン を 重 合 させ た 場
合,微 小 管 の 伸 長 速 度 は チ ュ ー ブ リ ン分 子 の 濃 度 に比 例
200
蛋 白質
核 酸 酵 素Vol.51No.3(2006)
ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル卵 抽 出液 中 に微 小 管 の 重 合 を促 進 す
る活 性 を 見 い だ し,そ の 活 性 を担 う分 子 量215Kの
蛋白
質 を 精 製 ・同 定 し た24).こ
microtubule
XMAPに
associated
の蛋 白質 は
XMAP (Xenopus
と名 づ け られ た が,
protein)
は 既 知 の 微 小 管 結 合 蛋 白 質 と は ま った く異 な
XMAPが
現 在,KinIフ
の 末 端(プ ラ ス 端 とマ イ ナ ス 端)
ラ ス端 特 異 的 に 微 小 管 の伸 長 を促 進 す る こ と
で あ っ た.
フ リ カ ツ メ ガ エ ル卵 抽 出 液 を 用 い て
含 む こ の サ ブ フ ァ ミ リ ー は,
ァ ミ リ ー ま た はkinesin-13フ
ァ ミ リー と
よ ば れ て い る.
XK:CM1が
1990年 に は,ア
高 い 相 同 性 を 示 し,
同 じ キ ネ シ ン サ ブ フ ァ ミ リ ー に 属 し て い る27,28).
XKCMI,MCAK,KIF2を
微 小 管 の2つ
kinesln)と
神 経 細 胞 で 発 現 し て い る こ と が 報 告 さ れ て い たKIF2と
る特 徴 的 な性 質 が あ る こ とが 明 らか に され た.そ れ は,
の う ち,プ
Database Center for Life Science Online Service
centromere-associated
生 理 的 条 件 下 に お け る カ タス トロ フ の 誘 導
に 必 要 で あ る こ と が 明 らか に な っ た が,XKCMIが
細 胞 周 期 特 異 的 な微 小 管 動 態 が 再 現 さ れ る こ とが 示 さ
管 を 直 接 不 安 定 化 す る の か,そ
れ,ア
微 小 管 の 末 端 に運 ぶ モ ー タ ー と して 間接 的 に微 小 管 の不
フ リ カ ツ メ ガエ ル卵 抽 出 液 が 生 理 的 な微 小 管 動 態
れ と も,不
微小
安定化 因子 を
制 御 の 研 究 に よ り用 い られ る よ う に な っ た25),in vivoに
安 定 化 に 寄 与 す る の か は 不 明 で あ っ た.1999年,Desai
お け る微 小 管 動 態 の パ ラ メ ー タ の測 定 とあ わせ て,生 理
ら は,XKCMIとKIF2の
的 条 件 下 で の 微 小 管 動 態 の研 究 は,in vivoの 動 的 不 安 定
XKIF2の
性 が 細 胞 周 期 特 異 的 に 変 化 を す る こ と,ま た,そ の 変 化
小 管 の 末 端 に お い てATP依
存 的 に 直 接 微 小 管 を不 安 定
は と くに カ タス トロ フの 変 化 に 起 因 して お り,そ の 頻 度
化 す る こ と を 証 明 し た29).最
近,XKCM1とMCAKは,
がM期
ホ モ ロ グ の 統 一 し た 名 前 と し てMCAKを
に お い て5∼10倍
に し た.M期
に ま で 増 加 す る こ とを 明 らか
に お け る こ の 高 い カ タ ス トロ フ 頻 度 は,
ス ピ ン ドル に お け る微 小 管 の 素 早 い ター ンオ ー バ ー に不
可 欠 と考 え られ る.そ
して,カ
タス トロ フ を制御 す る因
ア フ リカ ツメガエ ルホモ ログ
精 製 蛋 白 質 を 用 い て,XKCMIとXKIF2が
大 勢 に な っ て お り,本
MCAKと
よ ぶ こ と に す る.
微 小 管 不 安 定 化 因 子 と し てMCAKが
子 の ひ とつ も また ア フ リ カ ツメ ガエ ル卵 抽 出 液 を 用 い た
研 究 か ら見 い だ さ れ た が,そ
子 が 同 定 さ れ は じ め た.ア
管 依 存 性 の モ ー タ ー蛋 白質,キ
ネ シ ンフ ァ ミリー に 属 す
る蛋 白質 で あ った.
フ リカ ツ メ ガエ ル にお い て も
フ リ カ ッ メ ガ エ ル卵 抽 出液 で 最 初 に 同 定 さ れ た 微
小 管 結 合 蛋 白 質XMAPは,そ
も と も とキ ネ シ ン は,ATPの
加水 分解 のエ ネ ルギー
の他 の ア フ リカツメ ガエ
ル の 微 小 管 結 合 蛋 白 質 と 区 別 す る た め,そ
K)か
子:XKCM1/MCAKとXMAP215
見 い だ され た の
ま ざ ま な微 小 管 動 態 に影 響 を与 え る因
複 数 の 微 小 管 結 合 蛋 白 質 が 知 られ る よ うに な っ た こ とか
ら,ア
VI,生 理的条件下 における動的不安定性の制御因
用 い る流 れ が
稿 で も 以 降,XKCM1/MCAKを
と ほ ぼ 同 時 期,さ
の 因 子 は驚 い た こ とに 微 小
微
らXMAP215と
の 分 子 量(215
よ ば れ る よ う に な っ た.そ
の 後,
XMAP215の
ア ミ ノ 酸 配 列 の 一 部 が 決 定 さ れ,こ
の蛋 白
質 が 酵 母,線
虫 か ら高 等 動 物 に い た る ま で 進 化 的 に保 存
を利 用 し て微 小 管 上 を 移 動 す る モ ー タ ー 蛋 白質 と して 知
さ れ た 蛋 白 質 フ ァ ミ リ ー の 一 員 で あ る こ と が わ か り,既
られ て お り,キ ネ シ ン フ ァ ミ リー 蛋 白質 の うち,い
知 の 微 小 管 結 合 蛋 白質 の な か で もユ ニ ー ク な性 質 を もつ
くつ
か の サ ブ フ ァ ミリ ーが 細 胞 分 裂 に も 関与 して い る こ とが
MAPと
報 告 さ れ て い た.1996年,Walczakら
る よ う に な っ た30).
は,細 胞 分 裂 に
関与 す る キ ネ シ ン フ ァ ミリ ー蛋 白質 を探 索 し,モ ー ター
し て 知 ら れ て い たXMAP215に
再 び 注 目が 集 ま
そ の 蛋 白 質 フ ァ ミ リー の う ち最 初 に 遺 伝 子 が ク ロ ー ニ
活 性 を 担 う ドメ イ ンが 一 次 構 造 上 の 中央 部 分 に あ る特 徴
ン グ さ れ た 分 裂 酵 母Dis1は,制
的 な構 造 を もつ もの を ア フ リカ ツ メ ガエ ル卵 抽 出 液 中 か
異 常 を 示 す 突 然 変 異 体 の 遺 伝 子 本 体 が コ ー ドす る も の と
ら単 離 した26).特 異 的 抗 体 を 用 い て この 蛋 白質 を ア フ リ
し て 同 定 さ れ た31).つ ぎ に ク ロ ー ニ ン グ さ れ た ヒ トTOG
カ ツ メ ガエ ル卵 抽 出液 か ら取 り除 い て微 小 管 の動 態 を調
(tumor overexpressed
べ た と こ ろ,カ
タ ス トロ フの 頻 度 が 約1/5に
る こ とが 明 らか に さ れ た.こ
ま で減 少 す
の キ ネ シ ン関 連 蛋 白質 は
限温 度下 で染 色体 分 配
gene) を コ ー ドす る遺 伝 子 は,さ
ま ざ ま な が ん 細 胞 に お い て 大 量 発 現 して い る 遺 伝 子 の
cDNAと
し て 得 ら れ た が,遺
伝 子 産 物 の 機 能解 析 は さ
XKCM1(Xenopus kinesin central motor 1) と名づ け られ
れ て い な か っ た32).Dis1とToGに
た.XKCMIは,培
ア ミ ノ 酸 残 基 長 ド メ イ ン の リ ピ ー ト構 造 が あ り,こ
養 細 胞 に お い てM期
に セ ン トロ メ
ア に 局 在 す る こ と が 報 告 さ れ て い たMCAK(mitotic
TOGド
はN末
メ イ ン と よ ば れ て い る30).そ
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.51No.3(2006)
端 側 に 約200
れは
の 後,XMAP215
201
を コ ー ドす る 遺 伝 子 の 全 長 が ク ロ ー ニ ン グ さ れ,
XMAP215が
全 長 に わ た っ て ヒ トTOGと
高 い 相 同性 を
VII.in vitroにおける生理的微小管動態の再構成
示 す こ とが 明 らか に な っ た33).
筆 者 らは,XMAP215を
認 識 す る特 異 的 抗 体 に よ りア
フ リ カ ツ メ ガ エ ル卵 抽 出液 か ら除 去 し,微 小 管 動 態 に お
MCAKの
け る 影 響 を調 べ た33).XMAP215を
ナ ミ ック な微 小 管 動 態 が,こ
除 去 した ア フ リ カ ツ
二 重 阻 害 実 験 は,生
理 的条 件 下 にお け る ダイ
の2つ
の 蛋 白質 とチ ュー ブ
メ ガ エ ル卵 抽 出 液 中 で は微 小 管 の 伸 長 速 度 が 減 少 して い
リ ン分 子 との相 互 作 用 に よ っ て 生 み 出 され て い る 可 能 性
たが,さ
を 示 唆 して い た.そ こで 筆 者 ら は,XMAP215とMCAK
ら に驚 い た こ と に,カ
に上 昇 して い た.in
異 な り,カ
そ の他 の 微 小 管 結 合 蛋 白 質 と
タス トロ フ に は ま っ た く影 響 を 及 ぼ さ な い こ
とが 報 告 され て い た た め,こ
っ た.そ
タス トロ フ の 頻 度 が 顕 著
vitroで の 精 製 チ ュ ー ブ リ ン を 用 い
た解 析 で は,XMAP215は
Database Center for Life Science Online Service
ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル卵 抽 出 液 に お け るXMAP215と
の結 果 は予 想 外 の もの で あ
こで 筆 者 ら は,XMAP215が
ア フ リ カ ツ メ ガエ
の 精 製 蛋 白質 と精 製 チ ュ ー ブ リ ン を用 い て,in vitroに
お け る 生 理 的微 小 管 動 態 の 再 構 成 を 試 み た34).そ の 結
果,in vitroに
お い て もXMAP215とMCAKが
に な り,さ らに,生 理 的 条件 と ほ ぼ 同 じ濃 度 の精 製 蛋 白
ル卵 抽 出 液 中 に お け る微 小 管 の カ タス トロ フ促 進 因 子
質 を 用 いて,細
MCAKの
性 の パ ラ メ ー タ,す な わ ち,速
活 性 と拮 抗 し て い る の で は な い か と 考 え,
XMAP215を
除去 した ア フ リ カ ツ メ ガエ ル卵 抽 出 液 中 に
お い てMCAKの
MCAKの
活 性 を ブ ロ ッ ク す る,XMAP215と
二 重 阻 害 を 試 み た.す
胞 内 で み られ る の とほ ぼ 同 じ動 的不 安 定
除
い伸 長 速 度 と高 い カ タス
トロ フ頻 度 の両 者 を 試 験 管 内 で 再 現 す る こ と に成 功 した
(図3).in vitroとin vivoに
る と,XMAP215の
拮抗 し
て微 小 管 の 長 さ と カ タ ス トロ フ を 制 御 す る こ とが 明 らか
お け る 動 的不 安 定 性 の パ ラ
メ ー タ の パ ラ ドッ ク ス は,XMAP215とMCAKと
いう
去 に よっ て 上 昇 して い た カ タ ス トロ フの 頻 度 は,MCAK
2種 類 の微 小 管 動 態 制 御 因 子 の 存 在 に よ っ て 生 み 出 さ れ
の 阻 害 に よ っ て対 照 レベ ル まで 減 少 した.し
て い た の で あ る.
た が っ て,
ア フ リ カ ツ メ ガ エ ル 卵 抽 出 液 中 に お い て は,XMAP215
はMCAKと
拮 抗 して は た ら き な が ら カ タ ス トロ フ を 制
御 して い る と結 論 した.
興 味 深 い こ と に,XMAP215とMCAK,そ
して チ ュ
ー ブ リ ンの3つ の構 成 成 分 に よ る生 理 的 微 小 管 動 態 の再
構 成 系 の う ち,XMAP215の
代 わ りに 神 経 細 胞 特 異 的 に
発 現 して い る 微 小 管 結 合 蛋 白 質
で あ るtauを
加 え る と,微 小 管
動 態 の パ ラ メ ー タは 大 き く変 化
し,速 い 伸 長 も カ タス トロ フ も
ま っ た くみ られ な くな って し ま
う35)(図3b).す
はMCAKに
な わ ち,tau
よ って誘 導 され る
カ タ ス トロ フ を完 全 に ブ ロ ック
して し ま い微 小 管 を きわ め て 安
定 な もの に し て しま うの で あ
る.こ れ に 対 し,XMAP215は
カ タ ス トロ フ を抑 制 す る もの の
図3in vitroに
お け るXMAP215とMCAKに
(a)XMAP215とMCAKは
よる 生理 的微 小管動 態 の再構 成
拮 抗 して微 小 管 の長 さ を制 御 す る.対 照(左 上),62,5nMMCAK(左
下),125nMXMAP215(右
上),62.5nMMCAK+125nMXMAP215(右
下),の 存 在 下 で,
15μMの 精製 チ ュー プ リ ンと 中心 体 を37℃ で5分 間 イ ン キ ュ ベ ー シ ョン し,重 合 した 微 小 管 の
長 さを 比較 した.バ ー は25μm.
[文献34よ
微小 管 を重合 させ 微 小 管長 の 経 時変 化 を 追 って そ の動 態 を 比較 した35,47).精製 チ
ュー ブ リンの み の 対照(黒)と 比 べ,XMAP215とMCAKを
加 え た場 合 は,速 い伸 長 と高 頻 度 の
カ タス トロフ を 示 す ダ イ ナ ミ ック な微 小 管 が観 察 さ れ る(赤),XMAP215の
える と 、速 い 伸 長 も カ タス トロ フも み られ な くな る(緑).
202
蛋 白質
核 酸 酵 素Vol.51No.3(2006)
でXMAP215は,微
小 管 を安
定 な 静 的 な も の で は な く,タ ー
ン オ ー バ ー の 速 い 動 的 な もの に
り許 可 を得 て 転載 ・改 変］
(b)in vitroで
完 全 に は 阻害 し な い.そ の 意 味
代 わ りにtauを
す るの に 必 須 な 役 割 を は た して
い る とい え る だ ろ う.分 裂 細 胞
で み られ る よ う な高 頻 度 の カ タ
図4染
色 体 と 中 心 体 に お け る
XMAP215とMCAKの
制 御47)
セ ン トロ メ ア 蛋 白 質ICISはMCAKの
微小 管 不 安 定 化活 性 を 促 進 す るの に対 し
て(①),染 色 体 上のAurora
BはMCAK
の活 性 を 負 に制 御 す る(②).一
方,中 心
体上 のAuroraAはTACC3を
リン 酸化
す る こ と に よ りXMAP215-TACC3複
合体 を中 心 体 に標 的 化 し,中 心 体 近 傍 の
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微 小 管 重 合 を促 進 す る(③),
ス トロ フ は,XMAP215とMCAKの
活性 の微 妙 なバ ラ
ンス の 上 に成 り立 っ て い る の で あ る.
そ れ に対 して,tauの
ン トロ メ ア 上 に形 成 され る キ ネ トコ アが 微 小 管 と相 互 作
用 す る こ とに よ っ て キ ネ トコ ア微 小 管 が 形 成 され る.最
よ う な 微 小 管 結 合 蛋 白質 で は,
近,MCAKの
活 性 を 制 御 す る と考 え られ る2つ の 因 子,
ス ピ ン ドル で み られ る よ う な ダ イ ナ ミ ッ ク な微 小 管 はつ
ICIS (inner
く り出 せ な い.微 小 管 の 生 化 学 的 解 析 が は じ ま っ た 当
が,MCAKと
初,脳
し て い る こ と が わ か っ て き た.
組 織 か ら精 製 さ れ て き た微 小 管 結 合 蛋 白質 か らダ
イ ナ ミ ック な微 小 管 の手 が か りが 得 られ な か った の は,
centromere
KinI stimulator)
と Aurora
B
セ ン トロ メ ア 領 域 に お い て 挙 動 を と も に
ま ずICISは,ア
フ リカツメ ガエ ルの新 規微 小管 結合
そ れ ら神 経 細 胞 由 来 の微 小 管 結 合 蛋 白質 が お もに 微 小 管
蛋 白 質 の 生 化 学 的 な ス ク リ ー ニ ン グ に よ っ て,ア
を 安 定 で 静 的 な もの に す る の に 必 要 で あ っ た か ら だ ろ
ツ メ ガ エ ル 卵 抽 出 液 か ら 単 離 さ れ た36).ICISは,セ
フ リカ
ン
う.神 経 細 胞 の 軸 索 で み られ る よ う な微 小 管 は安 定 で な
トロメ ア の うち と くに 姉 妹 セ ン トロ メ ア の 内 側 で あ る イ
け れ ば な らず,tauは
ン ナ ー セ ン ト ロ メ ア 領 域 に 局 在 が み ら れ,さ
神 経 細 胞 の 機 能 に は 必 須 で あ る.
組 織 に よ っ て,そ れ ぞ れ の 細 胞 機 能 に あ っ た 微小 管 結 合
降 に よ りICISと
蛋 白 質 が 発 現 して い る こ と を示 す 一 例 とい え る.
MCAK:が
相 互 作 用 す る蛋 白質 を 探 索 した と こ ろ
同 定 さ れ た の で あ る.ICISはin vitroに
てMCAKの
お い
微 小 管 不 安 定 化 活 性 を促 進 す る こ とが 明 ら
か に さ れ,セ
VIII.微小管動態制御因子の時空間制御
ら に免 疫 沈
ン トロ メ ア に お け るMCAKの
活 性 がICIS
に よ っ て 制 御 さ れ て い る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た(図4,①).
ス ピ ン ドル 微 小 管 の ダ イ ナ ミ ッ ク な ふ る ま い に は
XMAP215とMCAKの
両 方 の 活 性 が 必 要 で あ る が,ス
ピ ン ドル の 局所 的 な レベ ル にお い て,両
者 の 活性 が 制 御
も う 一 方 の 因 子Aurora
Bは,細
胞 分 裂 期 に 重 要 な役
割 を は た す 分 裂 期 キ ナ ー ゼ(mitotickinase)と
れ て お り,染
して知 ら
色 体 パ ッ セ ン ジ ャ ー 複 合 体(chromosomal
を 受 け て い る こ と が 明 ら か に な り つ つ あ る.以 下,
passenger complex) の 構 成 因子 の ひ とつ で あ る. Aurora
MCAKとXMAP215の
Bは,染
局 所 的 な 制 御 につ い て の 最 近 の
知 見 を 紹 介 す る.
色 体 パ ッセ ン ジ ャ ー複 合 体 の 主 要 な 構 成 因 子 で
あ るINCENPと
と も に,M期
初期 におい て はス ピ ン ド
ル に お け る 二極 性 形 成 に役 割 を は た す37).す な わ ち,ス
1.セ ン トロメア と染色 体腕 部 にお け るMCAKの
MCAKは
も と も とM期
制御
に お い て セ ン トロ メ ア に 局 在
ピ ン ドルの 両 極 か ら伸 び た 微 小 管 が 姉 妹 セ ン トロ メ ア上
に形 成 され る キ ネ トコ ア に 正 し く結 合 す る よ うに,キ
ネ
す る キ ネ シ ンフ ァ ミ リー蛋 白 質 と して 同定 され た.セ ン ト
トコ ア 微 小 管 の 二 極 性 形 成 を 保 証 し て い る と考 え ら れ
ロ メ ア は 姉 妹 染 色 体 分 配 に 必 須 な 染 色 体 領域 で あ り,セ
る.Aurora
BはMCAKを
蛋 白質
核酸
リ ン酸 化 しMCAKの
酵 素Vol.51No.3(2006)
微小管
203
不 安 定 化 活 性 を 抑 制 す る こ と,さ
MCAKの
ら に,そ
の リ ン酸 化 は
局 在 に も影 響 を 及 ぼ す こ と が 明 ら か に さ れ
た38∼40).ヒ
ト培 養 細 胞 系 に お い て,Aurora
に 変 異 を 導 入 し たMCAKを
B標
的 部位
発 現 す る と ス ピ ン ドル の 二
にAurora
Aに
合 体 はM期
進入時
よ っ て リ ン酸 化 さ れ る こ と に よ って 中 心
体 に標 的 化 さ れ,M期
初 期 に み られ る 中 心 体 近 傍 に お
極 性 形 成 に 欠 損 を示 す 頻 度 が 上 昇 す る こ とが 示 さ れ て お
け る微 小 管 重 合 を活 性 化 して い る と 考 え ら れ る(図4,
り38),Aurora
③).先
MCAKの
Bは
イ ンナ ー セ ン トロ メ ア 領 域 に お け る
リ ン酸 化 を 介 して キ ネ トコ ア 微 小 管 の 二 極 性
さ ら にAurora
Bは,セ
色 体 腕 部(chromosome
ン トロ メ ア 領 域 だ け で な く 染
arm)に
お い て もMCAKの
制 御 に 役 割 を は た し て い る よ う で あ る.ア
エ ル 卵 抽 出 液 中 で は,セ
活性
のDNAビ
ー ズに よっ
て 形 成 さ れ た ス ピ ン ド ル 様 構 造 の 安 定 化 に,Aurora
Bに
B
微小 管不安 定化 の抑制 が必 要で あ るこ
と が 明 ら か に さ れ た41)(図4,②).し
よ るMCAKの
た が っ て,Aurora
リ ン 酸 化 は,染
色体 におい てス ピ ン
微 小 管 不 安 定 化 活 性 を 局所
的 に抑 制 す る の に,Aurora
XMAP215-TACC3複
Aに
よ って 標 的 化 され た
合 体 が 必 要 な の で あ ろ う.
ス ピ ン ドル の 正 常 な 形 成 と機 能 に は,XMAP215や
MCAKの
よ うな 微 小 管 動 態 制 御 因 子 の 活 性 が,セ
ロ メ ア や 染 色体 腕 部,中
ント
心 体 近 傍 の ス ピ ン ドル 極 にお い
て,時 空 間特 異 的 な制 御 を 受 け る こ と が 必 須 で あ る と考
ン ドル 微 小 管 の 動 態 を 制 御 す る“場 ”と し て の 役 割 を は
た して い る とい え る.た
とえ ば,中
心 体 の 存 在 しな い 減
数 分 裂 の ス ピ ン ドル にお い て は,染 色 体 が お も な微 小 管
寄 与 し て い る と 考 え ら れ る.
2,中 心体 に おけ るXMAP215の
動 態 制 御 の 場 とな っ て お り,低 分 子 量G蛋
制御
核 輸 送 蛋 白 質importinβ
の ス ピ ン ドル に お い て,と
心 体 に 富 ん で 存 在 し て い る.筆
くに中
分裂 期 キ ナー
心 体 に お け るXMAP215の
白 質Ranと
の は た ら きに よ って 染色 体 依
存 性 の 微 小 管 のnucleationが
活性 化 され る こ とが ア フ
リカ ッ メ ガエ ル卵 抽 出 液 を用 い た 実 験 に お い て 示 さ れ て
者 ら は 最 近,XMAP215
と 相 互 作 用 す る 因 子TACC3/Maskinと
ゼAuroraAが,中
中心 体 近 傍 のMCAKの
え られ る.し た が っ て,染 色 体 と中 心 体 は そ れ ぞ れ ス ピ
ドル の 二 極 性 形 成 と ス ピ ン ドル 微 小 管 の 安 定 化 の 両 方 に
XMAP215はM期
にお い て 中 心 体 に も局 在 し て い る.
お わ りに
コ ー ト した ビ ー ズ の 周 辺 に ス ピ ン ドル 様 の 構 造 を 形 成 で
に よ るMCAKの
セ ン トロ メ ア に 局 在 す る こ と を述
フ リカツメ ガ
ン トロ メ ア を 含 ま な いDNAで
き る こ と が 報 告 さ れ て い た が,こ
にMCAKは
べ た が,実 は,M期
M期
形 成 を 制 御 し て い る こ と が 予 想 さ れ て い る.
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以 上 のin vitroと ア フ リ カ ツ メ ガエ ル 卵 抽 出 液 にお け
る 結 果 か ら,XMAP215-TACC3複
機能 に重
い る44).し か し なが ら,中 心 体 を もつ 体 細 胞 の有 糸 分 裂
に お い て,Ran/importinβ
の 関与 す る染 色体 依 存性 の
要 な 役 割 を は た し て い る こ と を 見 い だ し た42).TACC3
微 小 管 のnucleationが
は 進 化 的 に 保 存 さ れ た 蛋 白 質 フ ァ ミ リ ーTACC(trans
の ひ と つ で あ る43).
与 して い る の か は,い まの とこ ろ 明 らか で は な い.そ の
一 方 でk-fiberと よ ば れ る セ ン トロ メ ア/キ ネ トコ ア 上
ァ ミリーの 蛋 白質 問
に形 成 され る微 小 管 が,中 心 体 あ る い は ス ピ ン ドル極 に
forming
TACCフ
acidic coiled coil protein)
ァ ミ リ ー とXMAP215フ
相 互 作 用 は 進 化 的 に 広 く保 存 さ れ て お り,ア
ガ エ ル のTACCフ
Maskinも
筆 者 ら は,in vitroに
り効 果 的 にMCAKの
す る こ と,を
微 小 管 結 合 能 を 促 進
微 小管 不安 定化活 性 を抑制
明 ら か に し た.ま
た,ア
卵 抽 出 液 に お い て,TACC3がAurora
酸 化 さ れM期
Aに
よって リ ン
ら に,M
不 安 定 化 活 性 と拮 抗 しな が
ら微 小 管 重 合 を 活 性 化 し て い る こ と,を
蛋 白質
フ リカツメガエ ル
中 心 体 に 標 的 化 さ れ る こ と,さ
期 中 心 体 に お い てMCAKの
204
分
ら な る 一 対 一 の 複 合 体 を 形 成 す る こ と,
さ ら に,TACC3がXMAP215の
し,よ
相 互 作 用 す る42).
お い てTACC3とXMAP215が
核 酸 酵 素Vol.51No.3(2006)
示 し た.
お い て活 性 化 され る微 小 管 重 合 とは 独 立 に形 成 され る こ
とが 見 い だ され て お り45),染 色 体 側 に お け る ス ピ ン ドル
ァ ミ リ ー 蛋 白 質 で あ るTACC3/
ま た 同 様 に,XMAP215と
子 量 約366Kか
フ リカツメ
どの 程 度 ス ピ ン ドル の 形 成 に 寄
微 小 管 形 成 の 活 性 化 は た しか に 起 こ っ て い る と い え る.
染 色 体 と中心 体 が ス ピ ン ドル にお い て どの よ うに バ ラ ン
ス を と り な が ら微 小 管 動 態 を 制 御 す る の か,そ
し て,
そ れ ぞ れ 由 来 の 微 小 管 が どの よ うに 相 互 作 用 して ス ピ ン
ドル を形 づ くっ て い くの か,た
いへ ん 興 味 深 い 問 題 で あ
る.
Inoue
に よ っ て そ の 存 在 が 証 明 され た ス ピ ン ドル フ ァ
イ バ ー の 研 究 は,半 世 紀 に わ た る 時 を 経 て現 在 の ス ピ ン
ドル 微 小 管 ダ イ ナ ミク ス の研 究 に ま で 脈 々 とつ な が っ て
い る.Inoueの
予 測 し た とお り,微 小 管 重 合 と 脱 重 合 の
ダ イ ナ ミク ス が ス ピ ン ドル の 機 能 に 必 要 な力 を 生 み 出 す
源 と な っ て い る こ と が 明 ら か に な りつ つ あ る3,46).今
後,さ
ら に個 々 の ス ピ ン ドル機 能 に お け る微 小 管 ダ イナ
22)
23)
24)
ミ ク ス の 役 割 の 詳 細 が 明 らか に さ れ る 必 要 が あ る だ ろ
う.ま た,ス
ピ ン ドル にお け る 力 の も う ひ とつ の 源 で あ
る,ダ イ ニ ンや キ ネ シ ンな どの 微 小 管 依 存 性 の モ ー ター
25)
26)
蛋 白質 が 生 み 出す 運 動性 と,微 小 管 ダ イ ナ ミク ス との 相
関 の 問 題 も,今 後 の 大 き な課 題 で あ る.微 小 管 重 合 ・脱
27)
重 合 の ダイ ナ ミク ス と,微 小 管 モ ー ター の 運 動 が どの よ
う に協 調 し て は た ら くの か が 明 らか に な っ て は じめ て,
28)
29)
ダ イナ ミ ッ ク な超 分 子構 造 と して の ス ピ ン ドルが 理解 さ
30)
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れ るで あ ろ う.
産文献
1)
2)
3)
7)
8)
9)
10)
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木 下和 久
略歴:T998年
京 都 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 博 士 課 程 修 了,同
年 欧 州 分 子 生 物 学 研 究 所(EMBL)postdoctoral
経 て,2001年
よ りMax
所(MPl-CBG)staff
Pianck分
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子 細胞 生 物 学 遺 伝 学 研 究
scientist.研
究 テ ー マ:細 胞 周 期 に
お け る微 小 管 動 態 と機 能 の 制 御 機 構.
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.51No.3(2006)
205