微小管ダイナミクスの試験管内再構成

細胞骨格の一つである微小管は、構成要素であるチューブリンタンパク質が重合することにより形成される円筒状の繊維構造である。微小管はチューブリンタンパク質の重合・脱重合により伸長と短縮を繰り返す動的な重合体であるが、様々な細胞イベントにおける機能においては、複数のタンパク質による微小管プラス端の伸縮制御が必須である。細胞周期の間期においては伸長・短縮に加えて、ほとんど長さが変化しない休止状態を含み、３つの状態をランダムに繰り返す様子が観察される。一方、分裂期に入ると伸長速度や短縮頻度が上昇し、より動的になることが知られている。これまでに試験管内実験系で各制御タンパク質の分子活性が逐一調べられてきたが、いまだに間期の３状態や分裂期進入時に見られるより動的な状態への転換を再現できていない。前年度までに、ショウジョウバエ由来のチューブリンおよび５つの微小管制御タンパク質を用いて微小管動態の試験管内再構成を行った。その結果、５つの制御因子が存在する条件下では、間期に見られるランダムな３状態 (伸長、短縮、休止) の遷移が再現された。本年度は、分裂期進入時の微小管動態の変化の再現を試み、分裂期特異的なタンパク質リン酸化酵素が微小管動態を制御している可能性を検討した。前年度までに構築した5つのタンパク質を含む試験管内実験にリン酸化酵素を加えて評価したところ、ある１つの分裂期特異的リン酸化酵素が微小管動態を制御しうることが明らかとなった。また、この時の変化は細胞内でこの酵素を阻害した結果と傾向が一致した。これらのことから、本研究で用いた５つのタンパク質が、細胞内の微小管動態を生み出す中心的なプレイヤーであり、分裂期においてはこれらのタンパク質がリン酸化修飾を受けることで微小管動態が変化することが示唆された。

細胞骨格の一つである微小管は、構成要素であるチューブリンタンパク質が重合することにより形成される円筒状の繊維構造である。微小管はチューブリンタンパク質の重合・脱重合により伸長と短縮を繰り返す動的な重合体であるが、様々な細胞イベントにおける機能においては、複数のタンパク質による微小管プラス端の伸縮制御が必須である。細胞周期の間期においては伸長・短縮に加えて、ほとんど長さが変化しない休止状態を含み、３つの状態をランダムに繰り返す様子が観察される。一方、分裂期に入ると伸長速度や短縮頻度が上昇し、より動的になることが知られている。これまでに試験管内実験系で各制御タンパク質の分子活性が逐一調べられてきたが、いまだに間期の３状態や分裂期進入時に見られるより動的な状態への転換を再現できていない。前年度までに、ショウジョウバエ由来のチューブリンおよび５つの微小管制御タンパク質を用いて微小管動態の試験管内再構成を行った。その結果、５つの制御因子が存在する条件下では、間期に見られるランダムな３状態 (伸長、短縮、休止) の遷移が再現された。本年度は、分裂期進入時の微小管動態の変化の再現を試み、分裂期特異的なタンパク質リン酸化酵素が微小管動態を制御している可能性を検討した。前年度までに構築した5つのタンパク質を含む試験管内実験にリン酸化酵素を加えて評価したところ、ある１つの分裂期特異的リン酸化酵素が微小管動態を制御しうることが明らかとなった。また、この時の変化は細胞内でこの酵素を阻害した結果と傾向が一致した。これらのことから、本研究で用いた５つのタンパク質が、細胞内の微小管動態を生み出す中心的なプレイヤーであり、分裂期においてはこれらのタンパク質がリン酸化修飾を受けることで微小管動態が変化することが示唆された。