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月田細胞軸プロジェクト
(終了報告)

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総括責任者
(終了時)
月田承一郎(京都大学大学院医学研究科・教授)
研究実施期間 平成8年10月〜平成13年9月

 

I.研究の概要

 我々の体は多数の細胞が集まって構成されているが、ただ単に細胞が無方向に寄り集まっているのではない。 細胞そのものが持つ方向性のことは、漠然と『細胞極性(cell polarity)』と呼ばれ、細胞極性形成の分子機構の解析は、現代の分子細胞生物学の中核をなす研究分野の一つとなっている。
 一般に、発生のいろいろな場面で細胞が極性形成しようとする時、必ず、それぞれの細胞は基本となる座標軸を自らの中に有している筈である。このすべての細胞に普遍的な座標軸を、『細胞軸(Cellular Axis)』と呼ぶ。近年の飛躍的な細胞生物学、分子生物学の進展の結果、「この細胞軸を形成するために必要な外的刺激がどのようなものであるか?」などに関して、多くの情報が得られるようになった。
 しかし、「細胞軸の実体は何か?」という細胞極性研究にとってもっとも本質的な点は解明されていない。本プロジェクトは、この点を明らかにする手がかりを得ることを目指して研究を開始した。
 具体的には幾つかの異なった方向からアプローチする必要があると考え、(1)タンパク質分泌の軸を探る方向(蛋白輸送軸グループ)、(2)細胞骨格の極性決定や細胞の不等分裂に重要であると思われている微小管の役割を探る方向(細胞分裂軸グループ)、および(3)発生時の細胞軸の形成・消失の機構を探る方向(形態形成軸グループ)を取り上げて総合的に追求してきた。
 その結果、<全く新しい視点からの研究として>生きた細胞内での種々のタンパク質の動態の経時的な観察を行い、新しい結果を得た。例えば、APCとAPC結合タンパク質EB1とは元々結合しているものではなく、微小管の伸長端に別々に運ばれごく一時的に共存するだけであることが分かったし、PCM−1が中心体近傍に存在する訳は、これを含む新規のオルガネラが微小管に沿って中心体へと運ばれるためであることなどが分かった。また、<新規のタンパク質として>1)ツメガエルPCM−1、2)アンフォルジンなどが見いだされ、さらに、ショウジョウバエ発生初期の、上皮細胞の形成・消失と細胞接着部位の変化についての新しい所見とか、カドヘリンの無脊椎動物に特異なドメインの発見、このドメインの喪失が脊椎動物の起源を知る手がかりになる可能性など、幾つかの知見が得られた。
 このように、主にGFPテクノロジーを駆使した生きた細胞や個体の観察により、細胞軸形成時には、これまでの静的な像からは想像も出来ないような、動的な形態形成が起きていることが明らかになった。これらのイメージを理解するには、全く新しい考えが必要であると考えられる。ERATOプロジェクトの本来の目的である、「研究の新しい芽を育てる」という観点からは、多くの「芽」が育てられたので、この「芽」をいかに大きな「幹」に変えていくかが今後の課題である。

II.研究体制と参加研究者

◆ 研究体制
蛋白輸送軸 グル−プ(京都府京都市下京区/京都リサーチパーク内)
【出芽酵母を用いて、タンパク質分泌の軸や出芽の軸を探る方向の研究】
研究員数:逆瀬川(八谷)如美、他 2名
細胞分裂軸 グル−プ(京都府京都市下京区/京都リサーチパーク内)
【細胞分裂時の軸決定に重要である、微小管の分布や中心体の構造と機能を探る方向の研究】
研究員数:椎名伸之、他 5名
形態形成軸 グル−プ(京都府京都市下京区/京都リサーチパーク内)
【発生時の細胞軸の形成・消失の機構を、上皮細胞の細胞接着という観点より探る方向の研究】
研究員数:小田広樹、他 2名

◆参加研究者(グループリーダー、研究員)  数字は研究期間での通算人数
企業 大学・国研等 外国人 個人参加 総計
11 12

III.研究成果の概要

◆特許出願件数
国内 海外
◆外部発表件数
国内 38(論文: 1、総説・書籍: 2、口頭発表:35)
海外 35(論文:13、総説・書籍: 1、口頭発表:21)
73(論文:14、総説・書籍: 3、口頭発表:56)

【発表主要論文誌】
  J. Cell Biol./Develop. Biol./Development/J. Biol. Chem./Trend. Cell Biol./Curr. Biol.

主な研究成果

1) 微小管依存性に輸送される新規非膜系オルガネラCentriolar Satellitesの発見
中心体を抗原としたモノクローナル抗体を作製し、そのうちのひとつの抗原PCM-1を同定した。PCM-1-GFP (クラゲ由来の蛍光を発する蛋白質) 融合タンパク質の蛍光は中心体付近に集積するドット状の構造として観察されたが、これが新規の非膜系オルガネラ (Centriolar Satellites)であることが分かった。 種々の詳細な細胞生物学的検討により、この新規オルガネラが、細胞軸決定の重要なコンポーネントである、中心子形成に関与する可能性が示唆された。

2) APC (adenomatous polyposis coli) タンパク質の動態解析
がん抑制遺伝子であるAPCの産物は、移動している細胞の突起部に濃縮することが知られていた。 そこで微小管の動態制御機構を明らかにする第一歩として、APC−GFP融合タンパク質の生細胞における動態を経時的に観察した。その結果、微小管に沿って運ばれたAPCが伸長期の微小管の先端に不定型の複合体として濃縮し、短縮期の微小管先端からは解離する様子を初めて明らかにすることができた。

3) EB1タンパク質の動態解析
引き続き、APCと微小管の両方に結合するとされているEB1蛋白質の動態をGFP融合蛋白質として生細胞で観察した。 その結果、EB1-GFPはAPCと異なり、すべての伸長期の微小管の先端に濃縮し、特異な動的挙動を示すことが明らかになった。

4) 蛋白質高次構造を破壊する因子アンフォルジンの発見
細胞内の蛋白質は、、様々な場面で一時的に構造がほぐれる必要がある。例えば、細胞分裂時がその一つである。このような時に働く高次構造変換因子アンフォルジンを酵母細胞より同定・単離することに成功した。アンフォルジン分子は多量体を形成しており、多様な蛋白質の高次構造をATP存在下で破壊するという特異な性質を示すことが明らかになった。また、この因子の過剰発現や発現低下により、細胞軸が異常になることが明らかになった。

5) 生きたショウジョウバエ胚におけるアドヘレンスジャンクションの動態解析
カドヘリン−GFPを発現するトランスジェニックハエの胚をタイムラプス蛍光顕微鏡で観察することによって、原腸陥入時における細胞の形の変化、およびアドヘレンスジャンクションの動態を高時間分解能で追うことが可能となった。それによって、細胞軸が大幅に変化する際の、カドヘリンを介した細胞間接着のダイナミックな挙動を、初めて生きた個体の中で明らかにすることに成功した。

6) 多細胞動物におけるカドヘリンの分子構造の多様性の解明
分子生物学的手法を駆使することにより、多くの無脊椎動物でカドヘリンを同定した。これらのカドヘリンの細胞外領域に存在するユニークなドメインを発見し、このドメインがカドヘリン機能にとって重要であることを見い出した。このドメインの喪失が脊索動物の起源を知る手がかりになるかもしれないと考えるようになった。


This page updated on November 5, 2002
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