成功にも失敗にもルールがある

―細胞分裂装置の正しい作り方― 2022.10.26

研究成果Physics & Chemistry

概要

　我々ヒトを含む真核生物は、紡錘体(1)と呼ばれるミクロンサイズの力発生装置を細胞内に構築して、遺伝情報の実体であるDNAを母細胞から娘細胞へ受け渡します。遺伝情報の正確な受け渡しには紡錘体をラグビーボール状の整ったかたちに作り上げることが大切です。一方で、紡錘体のかたちが崩れると染色体の断片化や異数化の引き金となって娘細胞に異常を引き起こします。
　本研究では、この紡錘体のかたち作りの成功と失敗を分けるしくみを明らかにしました。特に、整ったかたちの紡錘体を作るための正しい組み立て順序を明らかにすることに加えて、かたちの崩れた紡錘体は、その組み立て順序を無作為に間違ったせいでなく、ある決まったルールで失敗していることも明らかにしました。また、この成功と失敗を分ける鍵が、紡錘体が自らの形状を記憶するメモリーフォームのような性質にあることも分かりました。
　紡錘体のかたちの崩れはガンや不妊症との密接な関連が示唆されています。本研究で得られた知見はそれら疾病の発症メカニズムの理解を進める重要な一歩になります。
本研究成果は、国内２拠点（国立遺伝学研究所、九州大学）の生物物理学研究チームと国外２拠点（香港大学、台湾中央研究院）の生化学研究チームの国際共同研究によって得られたものです。
　本研究成果は、米国科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)」に2022年10月26日（日本時間）に掲載されました。

紡錘体の細胞内構築（ナノメートルサイズの分子モーターが微小管を運んで自らの1,000倍以上も大きな紡錘体を細胞内で正しく組み立てる。そこには鋳型も設計図も存在しない。組み上がった紡錘体は複製された染色体のペアを左右に分離することで遺伝情報（染色体）のコピーを母細胞から２つの娘細胞へ等しく分配する。写真は出来上がった二極性の紡錘体（左）と多極性の紡錘体（右）。多極性の紡錘体は染色体の均等分配能を欠く。赤は微小管、緑はDNA蛍光染色。スケールバーは10μm。）

二極性の紡錘体と多極性の紡錘体は異なる経路を通って形作られることが分かった。上図はその概念を谷の間を転がるボールで表現したもの。紡錘体は２つの特徴的なかたち作りの経路を持ち、どちらかの経路に進むと、その後は別の経路に移れない。このような性質は双安定性と呼ばれる。

用語解説

(1) 紡錘体
真核生物の染色体分配装置。ラグビーボールに似た二極性の形状を持つ。
(2) 分子モーター
化学エネルギーを力に変換して細胞内で荷物の運搬や構造の組み立て作業を行うタンパク質。
(3) 機械学習
コンピュータの反復的な学習を利用して複雑なデータを分析する手法。コンピュータがデータの背景にある規則性やパターンを見つけ出し、その規則性をもとに新たなデータを解析することで将来予測や判断を可能にするアルゴリズム。
(4) 可塑性
加圧などによって起こした変形が固定化されてもとに戻らなくなる性質。人工物の代表例はプラスチックや低反発枕。

本研究の詳細についてはこちら

論文情報

掲載誌：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
論文タイトル: Morphological growth dynamics, mechanical stability, and active microtubule mechanics underlying spindle self-organization
（紡錘体の自己組織化を支える形態成長ダイナミクス、機械的安定性、微小管のアクティブメカニクス）
著者: T. Fukuyama, L. Yan, M. Tanaka, M. Yamaoka, K. Saito, SC. Ti, CC. Liao, KC. Hsia, YT. Maeda, Y. Shimamoto
（福山達也、厳路燦、田中真仁、山岡恵美、斎藤慧、SC. Ti、CC. Liao、KC. Hsia、前多裕介、島本勇太）
DOI:10.1073/pnas.2209053119

研究に関するお問い合わせ先

理学研究院　前多裕介　准教授

一覧に戻る

Attention

成功にも失敗にもルールがある

研究成果