理化学研究所は、酵母を使い、細胞小器官のゴルジ体[1]でのタンパク質輸送を制御する分子機構の一端を解明しました。これは、理研光量子工学研究領域（緑川克美領域長）ライブセル分子イメージング研究チームの中野明彦チームリーダー、須田恭之研究員らの研究チームの成果です。
ヒトや酵母を含む真核生物の基本単位である細胞内には、細胞小器官と呼ばれるさまざまな構造体があり、膜構造による輸送経路（膜交通）により相互にタンパク質を輸送しています。その輸送を制御しているのが、Rab GTPアーゼ[2]というタンパク質です。ゴルジ体は、輸送されるタンパク質を糖鎖付加などにより修飾し、仕分けした後に適切な場所へ送り出す重要な機能を持っています。高等動植物のゴルジ体は、平らな袋（槽）が積み重なった構造をしており、シス槽、メディアル槽、トランス槽に分類され、それぞれの膜の成分や局在する酵素が異なっています。酵母のゴルジ体には4つ（Ypt1、Ypt6、Ypt31、Ypt32）のRab GTPアーゼが存在しますが、ゴルジ体の膜上でどのように時間的空間的に制御されているか、解明されていませんでした。
研究チームは、独自に開発した高感度共焦点顕微鏡システム（SCLIM）[3]を使用した生きた細胞のライブイメージングにより、酵母のゴルジ体に存在するRab GTPアーゼを可視化し、挙動を調べました。その結果、細胞小器官の1つであるエンドソームからゴルジ体へのタンパク質輸送を担うYpt6は、ゴルジ体が成熟するにつれて膜上から消失することが分かりました。さらに、Ypt6の挙動の制御には、Ypt6を不活性化させるタンパク質Gyp6がトランス槽に存在するYpt32と結合しトランス槽の膜上に局在する必要があることが明らかになりました。これらの結果は、近年提唱されているRab GAPカスケード[4]により一連のRab GTPアーゼ転換機構[5]が行われることを示しています。また、Rab GAPカスケードが正常に働かない変異株を作製したところ、Rab GAPカスケードがゴルジ体の機能、および成熟に少なからず寄与していることも明らかになりました。
今後、SCLIMによるライブイメージングを駆使し、ゴルジ体の成熟を司るメカニズムに迫ることで、ゴルジ体を中心とした細胞内膜交通の全容解明が期待できます。本研究成果は、米国科学アカデミー紀要『Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America』オンライン版に11月4日の週に掲載されます。
補足説明
1.ゴルジ体
1898年にイタリアの神経科学者カミロ ゴルジにより発見された真核生物に存在する細胞小器官。多くの生物では平らな袋状の槽が積み重なった層板（スタック）構造を示すが、出芽酵母ではスタック構造を示さず、各々の槽が細胞内に散在している。
2.Rab GTPアーゼ
Rasスーパーファミリーに属する低分子量GTPアーゼ（GTP結合タンパク質）。GTPに結合した活性化型とGDPに結合した不活性化型とをサイクルすることから分子スイッチと呼ばれ、活性化型は標的膜上でエフェクター分子と結合することにより、さまざまな細胞内の膜交通を制御している。
3.高感度共焦点顕微鏡システム（SCLIM）
SCLIMは、Super-resolution Confocal Live Imaging Microscopyの略。ニポウディスク方式共焦点スキャナー、高性能のダイクロイックミラー、フィルターシステムによる分光器、冷却イメージインテンシファイアー（電子増倍管）と複数の高感度CCDカメラシステムから構成され、複数蛍光の同時取得と高S/N比の蛍光画像取得とを可能にした独自に開発した蛍光顕微鏡システム。
4.Rab GAPカスケード
活性化型のRab GTPアーゼがエフェクターとして他のRab GTPアーゼのGAPを結合し、そのRab GTPアーゼを不活性化型に変換する一連の機構。
5.Rab GTPアーゼ転換機構
同一の膜上において、機能するRab GTPアーゼが転換する機構。その分子機構としては、活性化型のRab GTPアーゼがエフェクターとして他のRab GTPアーゼのGEFを結合し活性化型に変換するRab GEFカスケードと、Rab GAPカスケードにより行われると考えられている。Rab GTPアーゼとそのエフェクタータンパク質は局在すべき標的膜が決まっており、Rab GTPアーゼ転換機構が膜の性質を規定している可能性も示唆されている。
お問い合わせ先
光量子工学研究推進室 広報担当
Tel: 048-467-9258 / Fax: 048-465-8048
報道担当
独立行政法人理化学研究所 広報室 報道担当
Tel: 048-467-9272 / Fax: 048-462-4715
産業利用に関するお問い合わせ
独立行政法人理化学研究所 社会知創成事業 連携推進部
※詳細は下記URLをご参照ください
◎独立行政法人理化学研究所 2013年11月5日発表
http://www.riken.jp/pr/press/2013/20131105_1/
