細胞遺伝学研究室

RESEARCH主要な研究テーマ

DETAIL詳細な研究内容

糸状菌

（１）Aspergillus属糸状菌の菌糸生長と分化

糸状菌の仲間には産業上有用なものと、動植物にとって有害なものが多数存在する。糸状菌(カビ)は菌糸の先端生長により糸状の形態で増殖し、ある条件が整うと無性的に胞子形成器官を分化するが、近年この糸状菌特有の生育形態が糸状菌の産業上有用な性質、動植物に対する有害な性質と密接に関連していることが明らかにされつつある。そこで我々のグループでは糸状菌の形態を決める上で重要な働きをしている細胞壁の合成・分解とその構造維持に関わる遺伝子の機能を解析することにより、糸状菌の形態形成のメカニズムを明らかにすることで有用な糸状菌の性質をもっと向上させたり、有害な糸状菌の生育を特異的に抑制する方法の開発を目的として研究を行っている。

具体的にはAspergillus属糸状菌の中で最も早くから分子レベルでの解析が行われており、様々な情報が蓄積されているモデル糸状菌Aspergillus nidulansを主に用い、その細胞壁の主要構成成分の一つであるキチンの合成・分解に関わる遺伝子・タンパク質群の機能と糸状菌形態形成との関連性について分子生物学的手法、細胞生物学的手法、生化学的手法等を用いて網羅的研究を行っている。下図はA. nidulansの8種あるキチン合成酵素遺伝子の一部を破壊することによって形態異常を起こした例で、分生子形成器官の先からさらに分生子形成器官が分化している遺伝子破壊株（下図中央）、並びに菌糸の形態が変化し菌糸の途中が膨らむ"balloon"構造（丸く玉のように見えるもの）を形成した遺伝子破壊株（下図右）の電子顕微鏡写真である。この結果から糸状菌の形態形成において、これら酵素遺伝子が重要な役割を果たしていることが分かる。

（２）Aspergillus属糸状菌の形態制御に関わるシグナル伝達機構

前項にも述べたようにAspergillus属糸状菌は非常に複雑な形態を示し外界からの刺激に対してこれを変化させることから、形態を決定する上で数多くの遺伝子の発現が時間的、空間的に厳密に制御されている必要がある。そこでこれに関わるシグナル伝達の機構を明らかにすることによりその形態制御の機構をシグナル伝達の面から明らかにすることを目的としている。具体的には細胞壁の構造維持におけるシグナル伝達において中心的な役割を果たしており、その他細胞周期の進行などにも関わると考えられるプロテインキナーゼC（PKC）の機能解明を通して形態制御に関わるシグナル伝達機構の研究を行っている。これまでにA. nidulansにおいてPKCをコードする遺伝子pkcAが生育に必須であることを示し、さらに高温ストレス下での分生子の発芽の段階で細胞死（アポトーシス）の抑制と菌糸生長のための極性の確立に働いていること、菌糸生長段階では、高温ストレス下で菌糸極性の崩壊が起こるが、その後の極性再確立に働いていることを明らかにした（下図）。現在、様々なストレス条件下においてPkcAのシグナル伝達に関与する因子の同定・機能解析を行っている。

酵母

（１）酵母Saccharomyces cerevisiaeにおけるリン脂質、ステロールなどの膜脂質の細胞内輸送機構の解明

真核生物細胞はミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソーム、ペルオキシソームなど、膜構造を有するオルガネラを持っている。このような膜構造体に膜脂質を供給するしくみは真核生物細胞がオルガネラ膜を維持する上で重要である。酵母を材料として、真核生物細胞にとって本質的機能と考えられる膜脂質の輸送のしくみを解明する。

（２）酵母Saccharomyces cerevisiaeにおける膜リン脂質の脂肪酸アシル鎖の入れ替え（リモデリング）機構の解明

細胞の膜リン脂質脂肪酸アシル鎖の入れ替え（リモデリング）によって、細胞は生育温度変化や酸素ラジカルなどによる膜障害に適応できる。高等真核生物細胞では脂肪酸アシル鎖のリモデリングによって重要な生理活性を有する高度不飽和脂肪酸をリン脂質分子に導入する。酵母を材料として、細胞にとって基本的なリン脂質リモデリングのしくみを解明する。

油糧酵母

（１）酵母Yarrowia lipolyticaにおけるn-アルカン、脂肪酸による遺伝子発現調節

この研究は石油、油脂を原料とする微生物による有用物質生産のための基礎的研究と位置づけている。直鎖状炭化水素鎖（n-アルカン）は石油の成分である。多くの微生物がn-アルカンの末端を酸化して脂肪酸に変換し、さらにβ酸化によって利用する機能を発達させている。酵母Yarrowia lipolyticaもn-アルカンを含む培地で生育させると、n-アルカンの末端を酸化するシトクロムP450の合成やペルオキシソームの増殖などに関与する、アルカンの資化に必要な一群の遺伝子の発現が誘導される。この誘導のしくみを解明してn-アルカンからの有用な物質の生物生産系の確立をめざす。

（２）酵母Yarrowia lipolyticaの細胞壁合成酵素の機能解析と形態形成機構

酵母の中にはその生長様式に合わせて様々な形態変化を行う物が存在するが、その形態変化が動植物に対する病原性、培地の炭素源に対する資化性などと関わる事が示されている。酵母Y. lipolyticaは二形性酵母であり酵母状、偽菌糸状、真正菌糸状の形態をとりうる。そこでこの多形性と菌の性質との関連性を明らかにする目的で、細胞壁合成に関わる遺伝子、形態変化に関わる遺伝子の機能解析を行っている。