How do plastids, mitochondria and other organelles divide?

 真核細胞生物にとって極めて重要なオルガネラである「葉緑体(色素体)」と「ミトコンドリア」は、10億年以上前に宿主細胞に共生した古代の自由生活性バクテリアを起源としています。こうした進化的起源を持つため、細胞内で葉緑体とミトコンドリアをゼロから創り出すことはできず、既存の葉緑体とミトコンドリアを分裂させることによってのみ数を増やすことができます。しかしながら未だ葉緑体とミトコンドリアの分裂・増殖機構は十分には分かっておらず、細胞生物学における重大な課題となっています。

 私たちは、これまでの研究から葉緑体とミトコンドリアが増殖する際に形成される超分子ナノマシン『葉緑体分裂リング』と『ミトコンドリア分裂リング』の構造と機能を明らかにしてきました。現在は同研究をさらに発展させ、分裂リングによるミトコンドリアや葉緑体の分裂増殖機構をタンパク質一分子レベルから明らかにすることを目指すとともに、様々なオルガネラの分裂増殖過程で起きる全ての分子機序『オルガネラ分裂増殖のセントラル・ドグマ』の解明を目指しています。これらの研究を通じて、オルガネラ、そして細胞が『増える』という生物に共通する基本原理の解明と新パラダイムの構築、さらには新たな研究領域『オルガネラバイオロジー』の創成を目標としています。

  Chloroplasts (plastids) and mitochondria, which are derived from endosymbiosed bacterial ancestors, proliferate by binary division of pre-existing organelles. This division is carried out by separate ring-shaped macroprotein complexes known as the plastid- and mitochondrial-division machineries. Although many studies have examined plastid and mitochondrial division, much about the components and molecular mechanisms of the division machinery of each organelle remains to be discovered. To address these questions and to drive the field into a new stage, we will carry out the following research projects: (1) Molecular characterization of the components of the plastid- and mitochondrial-division machinery; (2) Investigation of the kinetic mechanisms of the plastid- and mitochondrial-division machinery at single-molecule resolution; (3) Elucidation of the molecular mechanism of PD/MD ring filament synthesis by glycosyltransferases PDR1 and MDR1; (4) Comprehensive characterization of all components involved in organelle proliferation mechanisms, not only for plastids and mitochondria but also for peroxisomes, Golgi, vacuoles, and the ER, via genome- and system-wide analyses. These proposed studies will provide insight into how the division machinery drives the constriction of division sites in these organelles, at single-molecule resolution, and how free-living cyanobacteria and alpha-proteobacteria evolved into plastids and mitochondria. Organelles are specialized subunits found in eukaryotic cells; thus, comprehensively investigating organelle proliferation mechanisms will reveal fundamental principles about organisms ranging from primitive eukaryotes and plants to animals.

 

News

Research in the Yoshida lab is supported by

  • Human Frontier Science Program

  • Japan Society for the Promotion of Science

  • JGC-S (Nikki saneyoshi) Scholarship Foundation

  • Sumitomo Foundation

© 2019 by Yamato Yoshida