Home佐藤 明子 教授 インタビュー
2022年度 戦略的創造研究推進事業（CREST）採択者
広范な生物种に见られるゴルジ体とエンドソームの
「接着分离」输送システムを解き明かす
タンパク质を目的の场所に送り出すゴルジ体を研究
私は学部时代の约30年前から细胞の膜交通（メンブレントラフィック）と呼ばれる分野の研究を行っています。メンブレントラフィックは复数の细胞小器官（オルガネラ）の间で、膜を介してタンパク质や脂质などの生命活动を担う分子が移动する现象を指します。人を含む、真核细胞を持つ高等生物にとって非常に重要な仕组みであることから、2013年にはその分子机构の一端の解明に贡献した海外の3人の研究者にノーベル医学生理学赏が赠られました。
私はメンブレントラフィックにおいて中心的な役割を果たすオルガネラ、「ゴルジ体」を主たる研究対象にしています。ゴルジ体の机能は、小胞体膜上のリボゾームで合成されたタンパク质を小胞体から受け取り、「浓缩?分别」して、タンパク质の种类ごとに细胞内外の目的とする场所へ、正确に送り出すことにあります。タンパク质は生命机能に重要な分子であり、ゴルジ体はその「集配センター」にあたることから、ゴルジ体が上手く働かなくなるとさまざまな疾患が起こることがわかっています。今回、颁搁贰厂罢で採択された研究もゴルジ体を研究対象としています。ゴルジ体の末端にあるトランスゴルジネットワーク（罢骋狈）と呼ばれている部分において、分子レベルで何が起きているかを明らかにすることを目标としています。
実験対象をショウジョウバエから哺乳类细胞へ
研究开始からずっと私が罢骋狈の机构解明のために研究材料としていたのは、ショウジョウバエの视神経细胞でした。罢骋狈からどのようにタンパク质が选别?输送されているかを解明するには、実験において任意のタイミングで「输送の开始」を行い、その后の変化を観察する必要があります。学部の指导教员の先生は、ショウジョウバエの视细胞において光受容タンパク质ロドプシンの输送を光で开始できることを示していたので、まず、これを用いた输送开始実験法を确立しました。ショウジョウバエは当时から変异体も比较的容易に作れ、遗伝的操作を駆使した研究が可能でしたので、ショウジョウバエの视细胞を用いた遗伝学的膜交通研究を开始しました。この研究をアメリカ留学时代も続け、さらに、自身の研究室を持ってからも独自システムとして発展させ、长年研究を行ってきました。しかし、哺乳类などの高等生物に比べて细胞とゴルジ体のサイズが小さく、输送距离が短いため、ライブイメージングが非常に难しいというデメリットがありました。
その状况が大きく変わったのがこの5年ほどです。ゲノム编集という新技术によって哺乳类の细胞を容易に改変することが可能になったこと、また顕微镜の进化によって哺乳类の细胞を用いたゴルジ体の输送を直接ライブで観察する技术が格段に进歩してきたことで、私の研究に革新がもたらされました。今回の颁搁贰厂罢でも、ヒト由来の细胞を用いて罢骋狈の机构解明に挑んでいます。
ゴルジ体と接着分离を繰り返すエンドソームの谜
颁搁贰厂罢の研究内容を説明する前に、そのスタート地点となる研究成果についてお伝えしましょう。これは私たちのこれまでの研究における最大の発见とも言えるもので、ショウジョウバエの视神経细胞において、リサイクリングエンドソーム（搁贰）と呼ばれるオルガネラが、ゴルジ体の末端である罢骋狈と「くっついたり离れたりを繰り返している现象」を见つけたことです。エンドソームとは细胞内の物质输送を司るオルガネラの総称で、搁贰は细胞膜から取り込まれた物质が、もう一度细胞膜へと戻されるときに通过するオルガネラとして知られています。これまでエンドソームの机能は、ゴルジ体が担うタンパク质の选别?配送とは无関係だと考えられてきました。しかし私たちの発见によって、エンドソームとゴルジ体は付着?分离を繰り返すことで膜交通を行っている可能性が见えてきたのです。
膜交通は别名「细胞内小胞输送」とも呼ばれ、カプセル状の构造をした「小胞」の中に积荷のタンパク质や脂质を包み込んで目的の场所へと运びます。これまでオルガネラの间の物质输送は、细胞内小胞输送で説明されてきました。しかし私たちは、先述の発见により、それとは别の経路として、ゴルジ体とエンドソームが直接接触して物质をやりとりする可能性を见出しました。このゴルジ体とエンドソームの间の输送の分子机构はまだわかりませんが、例えば、この接着面で両者の膜が融合し、このゴルジ体とエンドソーム膜の间に孔が开いて、そこから物质が移动しているのかもしれません。私たちは、この输送を「接着输送」と呼んでおり、新たな膜交通の様式である可能性があると考えています。これまでの実験によって、ゴルジ体とエンドソームの接着?分离がショウジョウバエだけでなく、棘皮动物のウニや、哺乳类の细胞でも観察されることを确认しました。このことは「接着输送」が、极めて広范囲の生物における基本システムであることを示唆しています。
小胞体で合成された積荷タンパク質(ここではGPI-APとTNFの2つを示す)は、ゴルジ体に送られ、ゴルジ体の端のトランスゴルジ網(TGN)に到達する。TGNではリサイクリングエンドソーム(RE)が接着と乖離を繰り返しており、GPI-APは接着したRE(Golgi-attached RE: GA-RE)に取り込まれ、GA-REがTGNから遊離し free RE となることでゴルジ体から細胞膜へと輸送されていく。一方、TNFはGA-REには入らずに、TGNから直接細胞膜へと輸送される。
生命现象についての新たな理解を切り拓く
颁搁贰厂罢では、ヒト由来の细胞を使い、罢骋狈とエンドソームの分子机构をライブイメージング観察や3次元的电子顕微镜観察の手法を用いて解明しようと考えています。
ゴルジ体とエンドソームの接着领域にはどんなタンパク质が存在し、どんな构造を形成し、どのようなメカニズムで积荷タンパク质を选别して受け渡しているのでしょうか？これらの谜に挑戦するため、优れた先端的技术を持った多彩なメンバーが国内から集まり、私たちの颁搁贰厂罢チームが结成されました。高速超解像ライブイメージングや3次元电子顕微镜観察のプロフェッショナル、有机合成や超解像顕微镜开発者など、多彩なチームメンバーが持つ优れた技术を结集して研究を推进していきます。また、チームメンバーが持たない技术については、他の颁搁贰厂罢チームとの共同研究や国内の研究支援プログラムを积极的に活用して补うことで、「接着输送」の全貌の解明に挑みます。
