生体ナノマシン「ミトコンドリア分裂リング」と「葉緑体分裂リング」の分子動作機構の解明

Insights into molecular mechanisms of the mitochondrial and plastid division machinery

 ミトコンドリアと葉緑体は、ナノフィラメントと複数タンパク質から構成される直径500nm程のリング状生体ナノマシン「ミトコンドリア分裂装置」と「葉緑体分裂装置」によって二つに分断されることで増殖が行われている。しかしながら分裂装置の分子メカニズムには未だ謎が多く、特に収縮メカニズムなどのキネティクスは殆ど明らかではない。このためミトコンドリアと葉緑体の分裂装置の単離技術を基盤とし、(1)ミトコンドリア・葉緑体分裂装置を構成する全タンパク質の機能の解明、(2)超高解像光学顕微鏡法による分裂装置のタンパク質一分子解像度での構造解析、さらに(3)顕微鏡観察下での単離ミトコンドリア・葉緑体の人工分裂制御と分裂装置の人工合成によって、生体ナノマシン“分裂リング”がどのようにして正確にオルガネラを分断するのか、その分子動作メカニズムの解明を目指す。

ミトコンドリアと葉緑体の分裂増殖を統制するセントラル・ドグマの解明

 ミトコンドリアと葉緑体の分裂は、(1)それぞれの分裂遺伝子がどのような順番で発現し、(2)どの程度の数のRNA分子とタンパク分子数が作られ、(3)どのようにして個々のタンパク質が集積し、超分子ナノマシンである分裂装置を構築するのか。そして(4)分裂装置はどのような分子機構によって収縮し、ミトコンドリアと葉緑体を二つに分断するのか。こうしたミトコンドリアと葉緑体の分裂増殖機構における分子レベルでの仕組みは殆ど明らかではない。そこで、これまでに同定されたミトコンドリアと葉緑体の分裂増殖に関連する全遺伝子に関して、RNAとタンパク質を一分子レベル分解能で定量的かつ正確に動態を捉え、「ミトコンドリア・葉緑体分裂増殖のセントラル・ドグマの解明」を目標とする。

Quantitative descriptions

of the central dogma

for mitochondrial and

plastid proliferation

オルガネラと細胞の分裂増殖に関わる全遺伝子の同定と分子機序の解明

Decoding

proliferation mechanisms and evolution of organelles and cells

 近年の研究から、ミトコンドリアや葉緑体だけでなくペルオキシソームなどの単膜系オルガネラも分裂装置に類似した機構によって分裂増殖することが示唆されている。オルガネラ分裂増殖の異常は、ヒトにおいても深刻な疾患に至ることが知られており、基礎生物学的な側面だけでなく医学的にも極めて重要な機構である。しかしながら各オルガネラの分裂増殖には未だ多くの謎が残されている。真核生物としては最小の遺伝子数しか持たない原始真核生物シゾンでさえ、オルガネラ分裂増殖期に特異的に発現する機能不明遺伝子が数多く存在することが分かっており、オルガネラの分裂増殖に関わる未知の分子機構が多数存在することを強く示唆する。本研究では、極めてシンプルなゲノム・細胞構造からなるシゾンを用いて、オルガネラ分裂増殖期に特異的に発現する全遺伝子のゲノムワイド解析を実行し、真核細胞を構成する全てのオルガネラの分裂増殖機構を明らかにすることを目指す。

© 2019 by Yamato Yoshida