出芽酵母の配偶子（胞子）形成過程をライブイメージングの手法により詳細に観察し、胞子形成時の細胞には、細胞膜を構成するタンパク質や膜脂質を運ぶ細胞内膜交通経路の起点にあたる小胞体出口やゴルジ体を再形成し、胞子の細胞膜が効率よく作り出す仕組みがあることを発見しました。
有性生殖は多くの生物種で見られる生殖様式で、生殖細胞から分化した配偶子が授精や接合して子孫を残します。動植物では、配偶子として卵や精子が生殖細胞から分化しますが、出芽酵母では細胞の中に胞子が作り出されます。この際、親細胞内では新たな膜構造が形成され、減数分裂で生じた核を包み込み、細胞内に新たな細胞である胞子が4つ生み出されますが、この新しい膜構造を作り出す仕組みについてはよく分かっていませんでした。
本研究では、ライブセルイメージングの手法を用いて、出芽酵母の減数分裂・胞子形成の過程を詳細に観察し、細胞内で膜構造が生じる瞬間を捉えることに成功しました。また、小胞体やゴルジ体から成る細胞内膜交通経路（タンパク質や脂質を運ぶ経路）に着目し、そのスタート地点にあたる小胞体出口（ER exit site）やゴルジ体が、減数分裂時には減少するものの、胞子形成時には再形成することを明らかにしました。さらに、その制御機構を担う分子を探索し、1型脱リン酸化酵素のサブユニットGip1を見いだしました。Gip1を欠損した細胞では、ER exit siteが再形成されず、正常な大きさの胞子の細胞膜を作ることができませんでした。すなわち、胞子形成時の細胞には、膜交通経路を再形成して効率よく膜脂質を運び、細胞膜を作り出す仕組みが備わっていることが分かりました。
ヒトの配偶子の形成や受精に関わる疾患の中には、細胞内膜交通の破綻を原因とするものもあり、本研究成果は、これら疾患の発症メカニズムの解明・診断・治療につながると期待されます。
PDF資料
プレスリリース
研究代表者
筑波大学医学医療系
須田 恭之 助教
立教大学スポーツウエルネス学部
舘川 宏之 教授
理化学研究所 光量子工学研究センター 生細胞超解像イメージング研究チーム
中野 明彦 副チームリーダー
掲載論文
【題名】 Remodeling of the secretory pathway is coordinated with de novo membrane formation in budding yeast gametogenesis
（出芽酵母の配偶子形成では、分泌経路の再構成は新たな膜形成と協調する） 【掲載誌】 iScience 【DOI】 10.1016/j.isci.2024.110855