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2014年5月13日 (火)

昼に光合成、夜に分裂する仕組み解明

2014年5月9日
サイエンスポータル科学ニュース
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 生物の活動は昼と夜の周期によって調節
されている。
 
 昼に光合成し、夜に細胞分裂する仕組み
を、国立遺伝学研究所の宮城島進也
(みやぎしま しんや)特任准教授と藤原崇之
(ふじわら たかゆき)研究員、墨谷暢子
(すみや のぶこ)研究員らが単細胞の紅藻を
使って、分子レベルで解明した。
 
 光合成と細胞分裂という2つの主要な
生命活動を時間的に仕分けすることで、
環境に適応する生物の巧みな生存戦略が
うかがえる。
 
 5月8日付の英科学誌
ネイチャーコミュニケーションズに発表
した。
 
 細胞分裂の時間帯が限られていることは、
単細胞生物からほ乳類まで広く知られて
いる。
 
 細胞内時計(ほぼ24時間の概日リズム)で
制御されているとみられているが、詳しい
仕組みは謎だった。
 
 研究グループは、細胞分裂が夜に起きる
傾向が顕著で、強酸性の温泉に生息する
単細胞紅藻で実験した。
 
 12時間明期(昼)と12時間暗期(夜)を
繰り返せば、細胞集団の時間的同調が容易
で、光合成をする藻類の中でゲノムサイズ
が小さく、効率よく遺伝子を解析できる
ため、研究に適している。
 
 細胞は、細胞成長のG1期、染色体複製の
S期、分裂準備期のG2期、細胞分裂のM期を
順番に繰り返して増えていく。
 
 これをセルサイクルと呼ぶ。
 
 実験した紅藻では、G1期からS期への移行
が、夜の始まりに限定されていることが
わかった。
 
 さらにS期移行に必要な遺伝子群の転写に
関わるタンパク質の E2Fのリン酸化が
概日リズムを示し、日没時にピークになる
ことを突き止めた。
 
 S期に移るには G1期で細胞が十分に
大きく成長していることが望ましい。
 
 そのサイズの制御にはRBというS期移行
にブレーキをかけるタンパク質のリン酸化
が関わっていることも確かめた。
 
 E2FとRBのリン酸化がスイッチになって、
細胞の染色体が複製され、分裂に至る
というシナリオが浮かび上がった。
 
 次に、リン酸化E2Fを過剰に作らせるか、
ブレーキ役のRB遺伝子を壊すと、細胞は
昼夜を問わず、分裂するようになった。
 
 しかし、光合成や細胞内呼吸で発生する
活性酸素が細胞にダメージを与えるため、
全体の分裂数と増殖速度はやや減っていた。
 
 細胞分裂はDNAの複製や細胞内の構造変化
を伴う。
 
 その際、活性酸素のダメージは細胞の生存
に危機をもたらす。
 
 活性酸素が生じる光合成は昼に、
細胞分裂は夜に分けることが、光合成を
する生物の生存にとって重要な意味を持つ
ことが今回の研究で明らかになった。
 
 宮城島進也さんは「単細胞の生物は、
活性酸素を生み出す細胞内呼吸や光合成の
時間帯を避けて分裂することで、
酸化ストレスによる子孫へのダメージを
最小限にとどめているのではないか。
 
 生物時計を利用した活性酸素への対応は
紅藻にとどまらず、生物が広く使っている
可能性はある。
 
 生物時計の仕組みを解いていくのにも、
この実験系は役立つだろう」と話している。
 
 
 関連リンク
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 生物は本当に良く出来ていますね。
 
 生物の持っている「なぞ」の解明には
遙かなる時間がかかりそうです。
 
 わからない事だらけ。です。

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