ポストゲノム解析によるオルガネラ分裂・分化の統御機械の解明

通过后基因组分析阐明细胞器分裂和分化的调控机制

• 批准号: 17051029
• 负责人: 黒岩 常祥
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: Rikkyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17051029/
• 关键词: シゾン; Cyanidischyzon; FtsZリング; 葉緑体分裂装置; ダイナミンリング; PDリング; ゲノム情報; MALDITOF-MS; オルガネラの分裂; ミトコンドリア分裂・分化; 色素体分裂・分化; 細胞質遺伝; FtaZリング; MDリング; ダイナミン

オルガネラの分裂機構をポストゲノム解析するシゾンの特性を再検討した。(1)総遺伝子数は4個増えて4775個となったが、ほとんど大腸菌と同じ遺伝子数であり、真核生物として最少であること、また遺伝子にパラログやイントロンがほとんどないこと、(2)真核生物として基本的な複膜系(ミトコンドリアなど)及び単膜系オルガネラ(マイクロボディなど)を全て含み、最少数であること、更にこれら複膜系と単膜系オルガネラの分裂を光の明暗でほぼ100%同調化できること、更に各オルガネラの単離が可能であること、そして(3)シゾンが42-45℃と高温に棲息する真核生物であり、タンパク質の結晶化が容易である可能性が高いこと、これらの特性の他に、シゾンのミトコンドリアの分裂装置の全長が1μm、色素体の分裂装置が3μmであり、他の真核生物の10倍は長いことが分かったことなどである。そこで色素体の分裂装置の単離から開始した。先ず5リットルの同調培養系の分裂期細胞から分裂中色素体の単離を行った。次に様々な界面活性剤処理や遠心など諸条件を検討し、分裂中色素体から分裂装置(PDリング、Dynaminリング、FtsZリングを主に含むことから、PDFマシーンと命名)の単離に成功した。この高純度の単離の検定には従来の形態学的な確認やマーカー抗体を用いたイムノブロット解析だけでは困難で、新たにゲノム情報とMALDITOF-MS解析が必須だったので、この単離法をオルガネラMALDITOF-MS分画法と呼んだ。この方法で純化したPDFマシーンの構造と機能を解明した。画期的な成果としてPDFマシーンが20余りのタンパク質からなり複雑な装置であること、ダイナミン顆粒が細胞質からPDFマシーンへ移行、融合後、ダイナミンがPDFマシーンの滑り込みと分裂面膜の分断に重要な役割を担っていることがあきらかとなったこと(Yoshida et al.,Science,2006)、更にこの過程でミトコンドリアの分裂装置(MDFマシーン)の単離も可能となったことである。

重新审查了细胞器分裂机制的基因组分析的schizone的性质。 （1）基因总数增加了4至4,775，但基因的数量与大肠杆菌的数量几乎相同，并且与真核生物最小，并且基因中的旁系同源物或内含子较少。 （2）它包含全部和最少的基本真核生物，包括所有复杂的膜系统（例如线粒体）和单个膜细胞器（例如微生物体），也是最小的数量；在光和黑暗中，可以将这些复杂的膜系统和单个膜细胞器调整为几乎100％，并且可以隔离每个细胞器。 （3）这是一个居住在42-45°C的高温下的真核生物，并且很容易使蛋白质结晶；除这些特性外，还发现Schizone的线粒体裂变装置的总长度为1μm，是3μM的质体装置，并且比其他真核生物长10倍。因此，我们首先要隔离质体拆分装置。首先，从5升同步培养系统的有丝分裂细胞中分离出有丝分裂质体。接下来，检查了各种条件，例如表面活性剂和离心的处理，并成功地从精神分裂症中成功地分离了裂变装置（称为PDF机器，主要包含PD环，Dynamin环和FTSZ环）。这种高纯度隔离测定难以使用常规的形态确认和使用标记抗体的免疫印迹分析，基因组信息和MALDITOF-MS分析至关重要，因此这种隔离方法称为Organelle Malditof-MS分数方法。我们已经阐明了使用此方法纯化的PDF机器的结构和功能。开创性的结果是，PDF机器是由20多个蛋白质组成的复杂设备，并且动态颗粒从细胞质到PDF机器过渡到PDF机器，融合后，DynandIN在PDF机器的滑倒中起着重要作用（MDF机器）。

项目成果

Active digestion of sperm mitochondrial DNA in single living sperm revealed by optical tweezers. 103, 1382-1387.

光镊显示单个活精子中精子线粒体 DNA 的主动消化。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103
• 作者: Nishimura;Y.;Yoshinari;T.;Naruse;K.;Yamada;T.;Sumi;K.;Mitani;H.;Higashiyama;T.;Kuroiwa
• 通讯作者: Kuroiwa

Structure, function and evolution of mitochondrial dividing apparatus.

线粒体分裂装置的结构、功能和进化。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Biochim. Biophys. Acta. 1763
• 作者: Kuroiwa T;Nishida K;Yoshida Y;Fujiwara T;Mori T;Kuroiwa H;Misumi O
• 通讯作者: Misumi O

Complete elimination of maternal mitochondrial DNA during meiosis resulting in the paternal inheritance of the mitochondrial genome in Chlamydomonas.

减数分裂过程中母体线粒体 DNA 被完全消除，导致衣藻线粒体基因组的父系遗传。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Protoplasma (In press)
• 作者: Yamasaki;T.;Deguchi;M.;Fujimoto;T.;Masumura;T.;Uno;T.;Kanamaru;K.;Yamagata;H.;Mori T.et al.;Nishimura Y.et al.;Aoyama H.et al.
• 通讯作者: Aoyama H.et al.