カエル卵無細胞系における細胞周期制御大隅圭太［東京工業大学大学院生命理工学研究科］＊所属は当時のものを記

Keita OHSUMI

大隅 圭太

Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI]  Institutional Repository

8.5カエル卵無細胞系における細胞周期制御8.5カエル卵無細胞系における細胞周期制御大隅圭太両生類を含む多くの動物では、脛発生の初期に細胞数が急、激に増加する。これは、初期脛の細胞周期が非常に速くサイクルするためである。例えぱアフりカッメガエルの初期脛では、約30分毎に分裂期が起とる。また、脛発生に先立っ減数分裂期の卵母細胞では、 2回の分裂期が連続して起こる。その結果、卵のゲノムは半数化される。このように、減数分裂期の卵母細胞および初期1丕における細胞周期は、一般的な体細胞のものとは大きく異なっている。私たちは、こうした卵、初期脛に特異的な細胞周期の制御メカニズムを、カエル卵の細胞質抽出液を利用した無細胞系を用いて解析してきた。受精の刺激によって脛発生を始めたぱかりの卵を集め、チューブに詰めて遠心すると、細胞質抽出液が得られる。この卵抽出液では、初期脛と同様の細胞周期の進行が再現され、一定の時間間隔で分裂期が起こる(M山ray & Kirschner, Nature,339,275,1989)。分裂期の開々ムと終了は、タンパク質りン酸化酵素CdC2キナーゼの活性化と不活化によってもたらされるが(図 1)、卵抽出液においても、分裂期の時期に一致して、周期的にCdC2キナーゼの活性化と不活化が起こる。私たちは、初期脛のCdC2キナーゼ活性がどのように調節されてぃるか、また、それによって細胞周期がどのように制御されているかを明らかにするため、卵抽出液における細胞周期およびCdC2キナーゼの活性調節機構(特に、 cdC2キナーゼの活性調節に決定的な役割を果たす、 cdC2タンパク質の抑制的りン酸化、および、 cdC2キナーゼの制御サプユニットであるサイクリンBタンパク質の分解の2点)が、 cdC2キナーゼの活性レベルによってどのように変動するかを定量的に解析した。まず私たちは、卵抽出液のCdC2キナーゼ活性を定量的に制御できる系を確立した。この系を用いて、 cdC2キナーゼの活性レベルを連続的に変えたときの、卵抽出液の細胞周期を調べた結果、 cdC2キナーゼ活性があるレベル以上の時には分裂期、それ以下の時にはS期であり、中間的な状態が存在しないことが示された。この結果は、初期脛の細胞周期は分裂期とS期のみからなり、ギャツプ期が存在しないことと一致する。次に、同様にして、 cdC2キナーゼの活性レベルとCdC2タンパク質の抑制抽勺りン酸化の有無の関係を調べた。その結果、 cdC2キナーゼ活性があるレベル以上の時には抑制的りン酸化が起こらず、それ以下の時には完全に起こることが示された。また、サイクリンBの分解活性にっいても調べたところ、サイクリンBの分解も同様に、 cdC2キナーゼの活性があるレベル以上の時にのみフルに活性化され、それ以下だと不活性化されてぃることが示された。これらの結果を総合すると、カエル初期脛におけるCdC2キナーゼ活性のホ動パターンと、それによってもたらされる細胞周期の進行がよく説明される(図2)。すなわち、サイクリンBタンパク質の合成量が閖値を越えると、 cdC2 キナーゼの活性化が始まる。 cdC2キナーゼの活性がある程度上昇すると、抑制的りン酸化が解除されて、 cdC2キナーゼの活性化が魚激に進んで、分裂期への移行が起こる。同時にサイクリンBの分解が活性化され、 cdC2キナーゼが不活化がもたらされて分裂期が終了する。また、 cdC2キナーゼ活性がある程度低下すると、抑制的りン酸化が起こるようになり、引き続いてサイクリンBの蓄積が起こっても、 cdC2キナーゼ活性がすぐには上昇しない。このようにして生まれるCdC2キナーゼの周期的な活性化によって、一定間隔で分裂期が起こるのである。さらに私たちは、減数分裂周期の進行を再現する卵母細胞の無細胞系を確立し、これを用いて、減数分裂周期における分裂期から分裂期への移行を可能にする条件を探った。分裂期の終了後に再ぴ分裂期に移行するには、 cdC2キナーゼがいったん不活化された後、速やかに再活性化されなけれぱならない。そのためには、上記の初期脛におけるCdC2キナーゼの活性制御のしくみからすると、抑制的りン酸化が起こらなけれぱよい。実際、減数分裂期の卵母細胞では、 cdC2タンパkohsU皿i@bio.titech.ac☆大隅圭太☆JP 東京工業大学大学院生命理工学研究科1411421司4Y15CdC2Cydin B08.生体の時間秩序発現機構PPT14Y15CdC2・サイクリンB合成・ cdC2タンパク質の抑制的りン酸化Cydin B1ヲ4Y15・抑制的りン酸化の解除CdC2キナーゼ活性化分裂期開始CycCdC2ン1BCydin B活性型CdC2図1T14Y15サイクリンBの分解CdC2キナーゼ不活化Ⅱ分裂期終了.CdC28.5.カエル卵無細胞系における細胞周期制御^、'f☆大隅圭太☆^ク質の抑制拍りりン酸化が起こっていないことが報告されてぃる。従って、もし畏初の減数分列期が終了した時点で、本来起こらないはずの抑制拍勺りン酸化が起これば、次の分列期に移1一するサにS期が誘起されると考えられる。この仮説に基づいて私たちは、最初の分列期の終了時に、強制的にCdC2タンパク質の抑制的りン酸化を引き起こした。その結果、 cdC2キナーゼ活性の動態が初期脛型に変化し、これに伴って、実際にS期が誘起された。従って、減数分裂周期において2回の分列期力珠売いて起こるのは、最初の分裂期終了後に、 cdC2タンパク質の抑制的りン酸化が起こらナいためにCdC2キナーゼの再活性化が速やかに起こってしまい、その結果、問期の時間がほとんどナくなってしまうためであることが明らかとなった。以上のように、カエルの卵母細胞、初期脛における細胞周期の卸」御は、 cdC2キナーゼの活性レベルに厳密に依存してなされている。また、 cdC2キナーゼ活性の亦動パターンは、いくっかの、このキナーゼのフィードバツク市Ⅲ卸の組み合わせで説明されうるものである。SサイクリンB分解抑制的りン酸化●●■143サイクリンBタンパク質量CdC2キナーゼ活性図2S 細胞周期

8.5 カエル卵無細胞系における細胞周期制御

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