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細胞内運び屋のダイニンの自己制御を発見

掲載日:2014年10月1日

細胞内の物質輸送の制御で新しい発見があった。細胞の中で主要な物質輸送を担っているモータータンパク質のダイニンは、活動の必要がないときに、自らの運動活性を抑制することを、情報通信研究機構未来ICT研究所(神戸市)の鳥澤嵩征(とりさわ たかゆき)研究員、古田健也(ふるた けんや)主任研究員と、東京大学大学院総合文化研究科の豊島陽子(とよしま ようこ)教授らが見つけた。ダイニンにとって最も基本となる運動制御の仕組みの発見といえる。9月28日付のNature Cell Biologyオンライン速報版に発表した。

物流システムが人間の社会で欠かせないのと同じように、ヒトの体を作り上げている細胞の内部でも、物質輸送は生命維持のために不可欠なシステムとなっている。細胞内の運び屋はモータータンパク質で、細胞内の物質を正しく輸送するためには、厳密に制御される必要があると考えられている。この制御の仕組みの解明は、生命機能の維持を理解するのに極めて重要な課題で、国際的に精力的な研究が行われてきた。

研究グループは、細胞内の物質輸送を担うモータータンパク質の一つ、ダイニンの制御の仕組みを探った。ダイニンは、細胞の周辺や細胞膜から細胞の中心に向かう「上り」の物質輸送を一手に引き受けている。ダイニンの制御に関しては、幾つかの制御因子が見つかってはいたが、その基本的な仕組みは謎だった。

ダイニンは、リング状のモーター部位を2つ持ち、エネルギー源のATP(アデノシン三リン酸)を使って、細胞内に張り巡らされた輸送路の微小管上を「歩く」能力を持っている。研究グループは、ヒトの培養細胞中で働くダイニンの発現系を確立し、ダイニンの2つのモーター部位の距離を人為的に制御したり、モーター部位の間に障害物を挿入したダイニンの変異体を作製したりして、ダイニンの微小管上での運動を単一分子計測技術で測定した。その結果、ダイニンは自分自身で運動活性を抑制する自己制御の仕組みを持っていることを発見した。

電子顕微鏡の観察から、不活性型のダイニンは、2つのモーター部位が重なった形態をとっていることが明らかになった。このような形態では、ダイニンは自縄自縛の状態となり、2本の足(モーター部位)を使ってうまく歩くことができない。一方、2つのモーター部位が重ならないように人為的に離した場合には、運動が活性化され、微小管上を安定して歩くことが実証された。さらにダイニンが2分子以上集まると、集団でうまく荷物を輸送できることも突き止めた。

古田健也主任研究員は「ダイニンは、運ぶべき荷物があるまで、不活性の状態で待機している。荷物が来たときに自ら判断して輸送を始めることは、細胞が長年獲得してきた巧妙なボトムアップの仕組みともいえる。細胞内の輸送ネットワークは、指令者なしで環境に柔軟に適応できる高度な能力を持っているので、ここからエッセンスを抽出して、例えば全く新しいネットワーク制御システムへの応用が考えられる」と話している。

細胞内輸送の模式図
図1. 細胞内輸送の模式図

ヒト培養細胞から分離したダイニンの不活性型(自己阻害状態)と活性型の構造、それぞれの電子顕微鏡写真
図2. ヒト培養細胞から分離したダイニンの不活性型(自己阻害状態)と活性型の構造、それぞれの電子顕微鏡写真
(いずれも提供:情報通信研究機構)
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