リン脂質の膜配向性制御とアクチン細胞骨格系制御機構に関する研究

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真核細胞の生体膜を構成するリン脂質は脂質二重層の内外で非対称に分布しており、この非対称性は膜上に存在するリン脂質輸送体によって形成・維持されている。そのひとつであるアミノリン脂質輸送体(APLT)はリン脂質を膜外層から内層に輸送することが知られているが、その細胞内機能はほとんど分かっていない。私はこの疑問を解決すべく、真核細胞のモデル系である出芽酵母を用いて実験を行った。私は、出芽酵母の出芽過程で極性成長部位の細胞膜に主に局在しているAPLTであるDnf1とDnf2に着目して研究を進めた。通常酵母は、先ず芽を頂端成長により伸長させ、ある程度伸長すると等方性に膜成長を変化させ、結果として娘細胞は楕円形となる。しかし興味深いことにDnf1とDnf2が機能しない細胞では、膜成長の方向性が正常に変換されず、娘細胞は通常より細長い形態を示した。さらにAPLTによって輸送され、一般に膜内層に多く分布しているフォスファチジルエタノールアミン(PE)が、頂端成長部位の細胞膜上では外層に多く露出していた。この露出は等方性の膜成長をしている時期にはみられなかった。一方Dnf1とDnf2が機能しないとき、通常等方性の膜成長をするような時期になっても芽の先端でPEの露出がみられた。この頂端成長部位の特殊な膜領域直下には、極性形成を制御する重要な分子のひとつであり、アクチン細胞骨格の形成に関与するsmall GTPaseであるCdc42が集積していた。以上の結果から、PEを含めたリン脂質がDnf1やDnf2によって膜内層に再分布されると、膜直下のCdc42やアクチン細胞骨格の再編成が起こり、膜成長の方向性が変化していると考えられる。このように本研究は、APLTによる膜リン脂質の非対称性変化が細胞極性形成を制御する分子機構の一端を世界で初めて示した。