Thesis (Ph. D. in Science)--University of Tsukuba, (B), no. 1489, 1999.3.2

Matsunaga Shigeru

松永 茂

Tsukuba Repository

Studies on the control of step-up and
step-down photophobic responses in Euglena
gracilis
著者 Matsunaga Shigeru
内容記述 Thesis (Ph. D. in Science)--University of
Tsukuba, (B), no. 1489, 1999.3.25
発行年 1999
その他のタイトル ミドリムシ (Euglena gracilis) のステップアップ
及びステップダウン光驚動反応の調節機構に関する
研究
URL http://hdl.handle.net/2241/5446
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1306ヨ
　　　　　　　　　　　まつ　　なが　　　　　しげる氏名（本籍）　松永　茂（神奈川県）
学位の種類博士（理学）
学位記番号　博乙第1，489号
学位授与年月日　平成11年3月25日
学位授与の要件　　学位規則第4条第2項該当
学位論文題目　　S鮒eso獺飾eC◎飛鮒◎書S師一ψa耐S貢ep－Do榊賄・重・帥◎b董c胎sp・頸・es1師
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　　　　　　　　　　　（ミドリムシ（肋g！θ刀2gr∂c〃8）のステップアップ及ステップダウン光驚動反応の調節機
　　　　　　　　　　　構に関する研究）
主査　筑波大学教授　　　　理学博士　堀　輝三
副査　筑波大学教授　　　　理学博士　井上　勲
副査　筑波大学教授　　　　理学博士　小熊　譲
副査　岡崎国立共同研究機構　　理学博士　渡辺正勝
　　　　　基礎生物学研究所助教授
論文の内容の要旨
　植物性鞭毛生物であるミドリムシ（肋g1θ刀∂μ∂c〃s）が光の明暗を識別する現象（広義の走光性）の機作に
ついて古くから多くの研究がなされてきた。この現象がフラビン色素を光センサーとする青色光型の光反応であ
ること，それが光集合性の素となるstep－up反応（増光刺激時の遊泳方向転換）と光逃避の素となるstep－dowE
反応（減光刺激時の遊泳方向転換）の2つの素反応からなること，光刺激の受容部位カ瀬毛基部の膨潤部（PFB）
にあること，等が現在までに明らかにされている。しかし，その制御が同一機構で行われるものか，それぞれ独
立した機構によるものかという基本問題が現在も未解決である。本研究はその解明を目指して行われたものであ
り，その成果は以下に要約される。
1）まず，step一叩反応，step－down反応の一方のみを誘導しうる培養条件の確立を目指し，初めてそれに成功
している。細胞を従属栄養的に増殖させた後，無機培地に移すことでstep－up反応のみの誘導が可能になった。
一方この無機培地にアンモニウム塩を加えると一定時聞後にStep－down反応が誘導された。さらに窒素同化の阻
害実験，NH4令取り込み量の測定から，NH4斗をグルタミンヘ同化する過程がstep－down反応の誘導に必須である
こと，加えて，タンパク質の生合成過程が必須であることの証拠を得ている。NH4＋は細胞の栄養様式変換にお
いて鍵の役割を果たすことが知られており，この実験の成果は光反応の転換が栄養様式の転換と同調して起こる
ことを示している。
2）上で述べた培養法を使って，これまで困難であった直接的に比較しうるstep－up，step－down反応の作用ス
ペクトルの同時測定を実現した。さらにこの測定で，Uv－A～青色光域に加え，Uv－B／c領域にも測定域を拡大
した。その結果step一叩，step－down反応の作用スペクトルとも，Uv－B／C，Uv－A，青色光にそれぞれ極大を示
した。UV－B／C領域での極大値の発見はこの分野における新知見である。2つのスペクトルの比較から明らかに
なった差異は，UV－Aと青色光の極大の高さの逆転とUV－B／C領域での極大波長の位置のずれであることが分
かった。そこで，この結果を試薬色素の吸収スペクトルとの比較解析により，step－up反応ではf1avin色素のみ
が，またs定ep－down反応ではf1avin色素とpterin色素が光受容色素として機能していることを強く示唆した。
3）本研究で見出したUv－B／c領域の極大波長域（270～280n㎜）は芳香族アミノ酸の吸収極大の領域と重なる。
そこでf1avin，Pteぎin色素および芳香族アミノ酸り吸収スペクトルの特徴をUV－C領域まで含めて調査したとこ
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ろ，これら2つの吸収極大の高さの比が，前二者と芳香族アミノ酸とでは大きく異なることが判明した。そこで，
従来の生物反応の作用スペクトル解析では考えられなかった190～300nmの極短波長の紫外波長域までシンクロ
トロン放射光源を使い拡大した。その結果，大型スペクトログラフによる作用スペクトルと一致する極大の他に，
210n㎜にもうユつの極大の存在を見いだした。2つの極大の高さがほぼ等しく（UV－C：UV－B／C＝1．3：ユ），
短波長紫外線での反応も可視光と同様に光受容色素の光吸収に起因するとの結論を得た。
4）作用スペクトルで得た光受容色素に関する知見を検証するため，光受容体の局在部位である鞭毛基部膨潤部
（PFB）の自家蛍光発光スペクトルを蛍光顕微分光法により測定した。その結果，steplp型細胞では530nmに，
step－down型細胞では500汀㎜に肩，530n醐に極大のある蛍光スペクトルを検出した。530nmはf1avin色素，500n㎜
の肩はpterin色素由来と考えられるので，これらの蛍光スペクトルからもstep－up，step－down細胞間の差異は，
プテリン色素の有無であることが支持される。
5）以上の結果から，両反応の光受容体の実体について，step一叩反応を引き起こすフラビン型の単一の光受容
体にプテリン色素が付加されてstep－down反応がおこるという新しい説を提唱している。
審査の結果の要旨
　本論文は以前より高い関心が寄せられていながら不明だったミドリムシ（批g／εη∂）のstep一叩，step－down
反応の光受容過程を解明するために，まず個々の光反応をそれぞれ単独に誘導できる培養条件を確立したことが
高く評価できる。これを足場に2つの光反応の作用スペクトルおよび光受容体の蛍光スペクトルをそれぞれ比較
することが可能になった。その結果，2つの光反応の受容体は単一のものであること，step－down反応出現時に
は新たな色素分子（プテリン）がこの受容体に付加されるという新知見をもたらした。上述の培養条件の確立は，
従来とは一線を画するユニークなアプローチであり，この分野のこれからの研究に対して貢献するところ大であ
る。また，本研究では，従来全く考えられることの無かった紫外線領域で起こる光信号作用についても調査して
おり，UV－Cなど現在の地球には存在しない紫外線がミドリムシにポジティブな信号作用を及ぼすことを，すべ
ての光合成生物を通して初めて明らかにした。このことは得られる光受容体の分光学的な情報の量を飛躍的に増
加させたとともに，進化の過程における紫外線の意味について新たな視点をもたらしたことは高く評価でき，今
後他の生物の光反応研究においても取り上げられるであろう先駆的かつ重要な試行である。
　著者は，得た成果をもとに，形態学や系統分類学など他分野の知見と合わせてミドリムシ生物群の進化につい
て新しい観点からの考察を行い，この生物の明暗の選択が栄養戦略と密接に結びついていることを初めて指摘し
た。栄養条件にともなう光逃避から光集合への反応転換はミドリムシの栄養戦略上の利点にもよく合致すると考
えられるので，ミドリムシにおける走光性の意義について，従来の考え方を大きく前進させたといえる。
　よって，著者は博士（理学）の学位を受けるに十分な資格を有するものと認める。
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ミドリムシ (Euglena gracilis) のステップアップ及びステップダウン光驚動反応の調節機構に関する研究

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