高野博嘉(講師)
連絡先:
Tel & Fax: 096-342-3432
e-mail: takano@kumamoto-u.ac.jp
自己紹介:
平成11年6月1日付けで、東京大学大学院理学系研究科から、熊大生物学科に着任いたしました。熊本含め九州で生活するのは初めてで、それを楽しんでいます。ホームページもだんだんといいものにしていきたいと考えています。
研究テーマ:
東大での研究テーマは、ミトコンドリアにおける性-ミトコンドリアの融合とミトコンドリア遺伝子の組換え現象の分子細胞生物学的解析でした。研究内容に書いてありますが、真正粘菌を用いてミトコンドリアの融合が利己的DNAであるプラスミドによって引き起こされるという特異で興味深い現象を扱っていました。熊大では、この研究を続けつつ、新しいことにもチャレンジしてみるつもりです。
研究内容:
二重の膜と独自の遺伝子発現系を持つオルガネラであるミトコンドリアは細胞の分化状態や生活環・分裂周期の時期により個々の形状が大きく変化するのみならず、ミトコンドリア同士が融合するという観察も多くの種で報告されています。このミトコンドリアの融合にともなってミトコンドリアの核の融合が起こることも見いだされています。我々は真正粘菌でミトコンドリア融合を誘起するプラスミドを見つけ、mF
(mitochondrial fusion) プラスミドと名付けました。mFプラスミドは、自身でミトコンドリアの融合を引き起こすことによって片親遺伝(母性遺伝)の機構を回避し、'雄株'からも必ず優位に子孫に伝達するとともに、ミトコンドリアDNAと組換えを起こすことによりゲノムの改変を行っていました。
このmFプラスミドの全塩基配列を決定したところ、ORFは一方の鎖にほぼ連続して9つ存在していました。相同性検索より、ORF547はDNAポリメラーゼ、ORF309は末端結合タンパク質、ORF1130はRNAポリメラーゼであることが予想されました。さらに、ORF640がN末端側に4つの膜貫通領域を持ち、C末端側に2つ(または4つ)のコイルドコイル構造を持っていることがわかりました。コイルドコイル構造はたんぱく質間相互作用のモチーフであり、特に同方向および逆方向の2量体、または3量体を形成することが知られています。他の膜融合タンパク質との比較から、ORF640が膜の融合に関連したタンパク質であることが示唆されています。ORF640タンパク質は、ミトコンドリアの融合時に膜上で特異的な構造変化を行うか、もしくは局在が膜表面へと変化することによりミトコンドリア融合を引き起こしていると現在考え、解析を進めているところです。
さて、細菌ではFプラスミド等の接合性プラスミドが自身の遺伝子によって細菌の接合を誘起し、細菌集団中に伝播していきます。一方、宿主はこの利己的な接合性プラスミドが誘起する接合過程で付随的に導入され、組換えを起こします。「接合」と「組換え」を「性」と考えるなら、利己的DNAが宿主の性を作り出していると考えることができるわけですが、また、宿主が利己的DNAの能力を利用して、自身の性を作り出しているともいえます。大腸菌の接合プラスミド因子Fによる大腸菌の接合と宿主ゲノムの組換えは原核生物の性といわれています。mFはミトコンドリアのF因子(mitochondrial
F plasmid)であり、ミトコンドリアの性を作りだしているといえるのではないでしょうか。
この研究は東京大学の黒岩常祥先生、河野重行先生を始め多くの方との共同研究でなされたものあり、感謝と共に最後に述べさせていただきます。
原著論文(過去5年間):
1) Kawano, S., Takano, H. and Kuroiwa, T.
(1995) Sexuality of Mitochondria: Fusion,
Recombination and Plasmids. Int. Rev. Cytol.,
161, 49-110
2) Takahashi, H., Takano, H., Yokoyama, A.,
Hara,Y., Kawano, S., Toh-e, A. and Kuroiwa,
T. (1995) Isolation, Characterization and
Chromosomal Mapping of an Actin Gene from
the Primitive Red Alga Cyanidioschyzon merolae, Curr. Genet., 28, 484-490
3) Matsunaga, S., Kawano, S., Takano, H.,
Uchida, H., Sakai, A. and Kuroiwa, T. (1996)
Isolation and Developmental Expression of
Male Reproductive Organ-Specific Genes in
a Dioecious Campion, Melandrium album (Silene latifolia)., Plant J., 10, 679-689
4) Takano, H., Mori, K., Kawano, S. and Kuroiwa,
T. (1996) Rearrangements of Mitochondrial
DNA and the Mitochondrial Fusion-Promoting
Plasmid (mF) are Associated with Defective
Mitochondrial Fusion in Physarum polycephalum., Curr. Genet., 29, 257-264
5) Kuroiwa, T., Ishibashi, K., Takano, H.,
Higashiyama, T., Sasaki, N., Nishimura, Y.
and Matsunaga, S. (1996) Optical Isolation
of Individual Mitochondria of Physarum polycephalum for PCR Analysis., Protoplasma, 194, 275-279
6) Kawano, S., Abe, T., Mori, K. and Takano,
H. (1997) The Origin of a Linear Mitochondrial
Plasmid (mF) that Promotes Mitochondrial
Fusion in Laboratory Strains of Physarum polycephalum., Proc. Japan Acad. 73(B),126-131
7) Nozaki, H., Ito, M., Watanabe, M. M.,
Takano, H. and Kuroiwa, T. (1997) Phylogenetic
Analysis of Morphological Species of Carteria (Volvocaceae, Chlorophyta) Based on rbcL
Gene Sequences., J. Phycol., 33, 864-867
8) Takano, H., Kawano, S. and Kuroiwa T.
(1997) No Editing of Mitochondrial Plasmid
Transcripts in Mitochondria of Physarum polycephalum that have an RNA-Editing System., DNA Res.,
4, 67-71
9) Takano, H., Kuroiwa, T. and Kawano, S.
(1997) Mitochondrial Fusion Promoting Plasmid.,
Cell Struct. Funct., 22, 299-308
10) Nozaki, H., Ohta, N., Yamada, T. and
Takano, H. (1998) Characterization of rbcL
Group IA Introns from Two Colonial Volvocalean
Species (Chlorophyceae)., Plant Mol. Biol.
37, 77-85
11) Itoh, R., Toda, K., Takahashi, H., Takano,
H. and Kuroiwa, T . (1998) Delta-9 Fatty
Acid Desaturase Gene Containing a Carboxyl-Terminal
Cytochrome b5 Domain from the Red Alga Cyanidioschyzone merolae., Curr. Genet., 33,165-170
12) Arai, S., Takahashi, H., Takano, H.,
Sakai, A. and Kawano, S. (1998) Isolation,
Characterization, and Chromosome Mapping
of an Actin Gene from the Primitive Green
Alga, Nannochloris bacillaris (Chlorophyceae)., J. Phycol., 34, 477-485
13) Takahashi, H., Takano, H., Kuroiwa, H.,
Itoh, R., Toda, K., Kawano, S. and Kuroiwa,
T. (1998) A Possible Role for Actin Dots
in the Formation of the Contractile Ring
in the Ultra-Micro Alga Cyanidium caldarium RK-1., Protoplasma, 202, 91-104
14) Toda, K., Takano, H., Miyagishima, S.,
Kuroiwa, H. and Kuroiwa, T. (1998) Characterization
of a Chloroplast Isoform of Serine Acetyltransferase
from the Thermo-Acidiphilic Red Alga Cyanidioschyzone merolae., Biochim. Biophys. Acta, 1403, 72-84
15) Sakai, A., Miyazawa,Y., Saito, C., Nagata,
N.,Takano, H., Hirano, H.-Y. and Kuroiwa,
T. (1999) Amyloplast Formation in Cultured
Tobacoo Cells III: Determination of the Timing
of Gene Expression Necessary for Starch Accumulation.,
Plant Cell Rep., 18, 589-594
16) Nozaki, H., Ohta, N., Takano, H. and
Watanabe, M. M. (1999) Reexamination of Phylogenetic
Relationships within th Ecolonial Volvocales
(Chlorophyta): An Analysis of atpb and rbcl
Gene Sequences., J. Phycol., 35,104-112
17) Kuriyama, H., Takano, H., Suzuki, L.,
Uchida, H., Kawano, S., Kuroiwa, H. and Kuroiwa,
T. (1999) Characterization of Chlamydomonas reinhardtii zygote-specific cDNA that encode novel proteins
containing ankyrin tepeats and WW domains.,
Plant Physiol., 119, 873-884
18) Miyazawa, Y., Sakai, A., Miyagishima,
S., Takano, H., Kawano, S. and Kuroiwa, T.
(1999) Auxin and cytokinin have opposite
effects on amyloplast development and expression
of the ADP-glucose pyrophosphorylase gene
in cultured tobacco cells BY-2., Plant Physiol.
in press
19) Uchida, H., Suzuki, L., Anai, T., Doi,
K., Takano, H., Yamashita, H., Oka, T., Kawano,
S., Tomizawa, K., Kawazu, T., Kuroiwa, H.
and Kuroiwa, T. (1999) A pair of invertedly
repeated genes in Chlamydomonas reinhardtii encodes a zygote-specific protein whose
expression is UV-sensitive., Curr. Genet.
in press