微小管の脱重合はどこで起きているか

もしあなたが微小管を脱重合させることができるキネシン分子であったとしましょう。あなたは、染色体を中心体まで運搬しなければならないとき、具体的にどこに存在して微小管の脱重合をしていきますか？

前回の図をみながら考えてみましょう。

答えは主に２つに分けられるでしょう。

一つは、動原体との接着部位である微小管のプラス(+)端に存在して、動原体をくっつけたまま、パックマンのように（注）、微小管を食べて短くしていく方法です。

（注）パックマンという比喩が90年代以降の人にどれだ通用するのか分かりませんが、オンラインゲームとして、またはiPhone、DS、Wii、PSPなどで遊ぶこともできるので認知度は高いのかもしれません。学術論文でも頻繁にPac-man modelという言葉で使われます。

もう一つの答えは、中心体に近いマイナス(-)端において微小管を脱重合する方法です。イメージとしては、「釣り」を想像しましょう。あなたが中心体にいる釣り師で、動原体を釣るために釣り糸である微小管をひっかけたところです。リールをまわして釣り糸をたぐり寄せれば、釣られた動原体は中心体にやってくるでしょう。このような微小管マイナス端（中心体付近）における脱重合による染色体の動きをpoleward fluxと呼びます。極方向への流動ということです。同じ脱重合でも、中心体（マイナス端側）のキネシンは自分が動いていくわけではないので、Pac-manとは呼びません。

このように、anaphase Aにおける微小管の脱重合は、2カ所でおこなわれ、プラス端でのPac-man motilityと、マイナス端でのpoleward flusの両方の力が働いた結果、染色体は極方向に運搬されるのです。

微小管の脱重合とanaphase A

分裂後期A (anaphase A)において、染色体がスピンドル極(中心体またはSPB)の方向に引っ張られていくとき、微小管はどのように制御されればいいのでしょうか。

下図のように、まず巨視的にみてみると、中心体(SPB)と染色体の動原体部位との間を結ぶ微小管が短くなれば、動原体を中心体の方向に連れて行けることが分かります。

微小管を短くするということは、微小管を脱重合するということに他なりません。それでは、そのような脱重合活性をもつ微小管結合タンパク質は何なのでしょうか？

以前Cut7/kinesin-5のところで説明しましたが、キネシンは一般的には、微小管上でものを運ぶモータータンパク質として認識されています。すなわち、エネルギー分子であるATPを分解する活性(ATPase活性)を使って、キネシンが微小管上を歩くというものです。キネシン分子はアミノ酸配列上きわめて良く似ている（生物種間で保存された）キネシンドメインと呼ばれる構造をもちます。ここにATPase活性があるわけです。

しかし、ある特定の種のキネシンは、微小管上を歩くモーターとして働くのではなくて、ATPase活性を微小管を脱重合するために使っています。主にキネシン13（kinesin-13）グループに属するキネシンは脱重合活性をもつことが知られています。次回はこのキネシンがどのように関わっているのかをみていきます。

誰が染色体を引っ張るのか？

分裂後期anaphaseの開始がAPCによって行なわれることは既にみてきたとおりです。APCの活性化はセキュリンの分解を引き起こし、セキュリンからの阻害を受けなくなったセパレースによってコヒーシンが切断されます。これで姉妹染色分体のつながりが解除されます。

と同時に、分離された姉妹染色分体は、動原体を介して結合する微小管によってスピンドル極(中心体またはSPB)に引っ張られます。

確かに染色体を引っ張るのは微小管ですが、そのためには、微小管が特別な制御を受ける必要があります。どうしてでしょうか？

分裂中期に至るまで、スピンドル微小管は動原体を捕まえるためにダイナミックな挙動をしていたはずでした。すなわち、微小管は重合と脱重合を繰り返し、動原体を捕らえるために試行錯誤していたわけです。しかし、このような伸びたり縮んだりといった性質をもったままでは、anapahse Aにおいて動原体を一定方向つまりスピンドル極(SPBや中心体)の方向に引っ張り続けることが難しいということになります。

したがって、分裂後期anaphase Aにおけるスピンドル微小管の挙動は、分裂中期に至るまでのそれとは明らかに異なっているわけです。微小管のダイナミクスは微小管結合タンパク質によって制御されると考えるのが自然ですが、それでは分裂後期anaphase Aで染色体をスピンドル極にもっていくような微小管のダイナミクスはどのような因子によっておこなわれているのでしょうか？

それを担うのは、以前にも少し触れたことがある、キネシンと呼ばれるタンパク質ファミリーの、ある特定の因子だといわれています。次回はそれについて書きます。

染色体を分離する

チェックボイントが解除されると、いよいよ染色体が分配されます。この時期を分裂後期Aといいます。実際には英語でanaphase Aと呼ぶことが多いので、ここでもそう呼ぶことにします。

染色体が分配されるにあたってまず何よりも重要なのは姉妹染色分体をつないでいるコヒーシンの切断です。コヒーシンと呼ばれるタンパク質は、S期に染色体が複製されるときに染色体に結合し、複製された一対の姉妹染色分体が離れないようにつなぎ止めています。コヒーシンは輪のような構造をしたタンパク質複合体で、姉妹染色分体2本をくるっとひとまわりするようにしてつなぎ止めています。

分裂期にはそのコヒーシンのRad21というタンパク質が切断されるので、姉妹染色分体は離れ離れになります。

この切断を起こす酵素はセパレースというタンパク質です。セパレースはanaphase Aの開始時に活性化されますが、どうしてセパレースの活性化はanaphaseの時期に限られているのでしょうか？

anaphaseが開始するまでの間、セパレースの活性は、セキュリンというタンパク質によって抑制されています。しかし、微小管が染色体との接着を確立させて染色体分配の準備がととのうと、スピンドルチェックボイントが解除されて、後期開始複合体APCが活性化します。

APCはユビキチンリガーゼというタンパク質分解酵素で、セキュリンを分解します。その結果、それまで活性が抑えられていたセパレースが活性化できるようになります。そのためコヒーシンRad21は切断され、染色体が分配されます。

この現象はすべての真核細胞生物において共通ですが、これらの発見の多くは、Kim Nasmyth, Frank Uhlmann, 柳田充弘先生ら(順不同)、酵母を研究するグループによってなされました。大きな発見において、酵母の研究が重要な位置を占めていることは特筆に値します。

長い話になりましたが、スピンドル微小管が動原体を捕らえてから実際に微小管が染色体を分配するまでの一連の流れが分かっていただけるのではないか、と思います。

スピンドルチェックボイントの疑問点

それではいくつか、スピンドルチェックボイント機構に関する疑問点を挙げてみましょう。

（１）張力がかかっていれば、本当にすべての不具合は解消されたことになるでしょうか。微小管による動原体間の張力はかかっているのに結合様式が不適切だという状況はありうるでしょうか？　前回の図のMerotelic結合を例として考えてみてください。

（２）スピンドルチェックボイント機構は、例えばヒトでは23対ある染色体のどれかひとつでも微小管との接着に問題があれば活性化して細胞周期を停止させます。たった1カ所の異常でも効率的に細胞周期を停止させるのはどのような分子機構によるものなのでしょうか？

（３）接着も張力もOKのとき、スピンドルチェックボイントはどのように解除されるのでしょうか？

（４）接着に異常があってチェックボイントが働いたあと、もし微小管がなかなか形成されずに、いつまでたっても不具合が解消されなかった場合、細胞は、あるいはチェックボイントはどうなるのでしょうか。

想像上の話ですが、細胞分裂の各ステップがもし完璧に100%理想的に起きてくれれば、チェックポイント機構は必要ないのかもしれません。先日書いたとおり、酵母（分裂酵母や出芽酵母）では、スピンドルチェックポイントの構成因子であるMad2やBub1の遺伝子を細胞から除去（ノックアウト）しても、細胞が通常の増殖をおこなう上ではまったく影響は見られません。（ただし、微小管重合阻害剤をかけると、それらの遺伝子の変異体では微小管の異常を感知することができずに染色体分配異常を起こして細胞死に至ります。）

しかしながら、最初から100%うまくいくということは高等生物にはあまり期待できません。例えば、ヒトの細胞ではMad2やBubR1は必須の因子です。高等生物では酵母よりも細胞分裂が「難しい」ということなのでしょうか。それでも、ショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)においては、酵母と同様にチェックポイントは生育に必須ではないという結果が出ています。ハエは細胞分裂が簡単だといえるでしょうか？？

酵母からヒトに至る細胞分裂様式の進化を考えるうえで、ここはひとつ大きなポイントだと思います。まだまだスピンドルチェックポイントの世界は奥が深く、分からないことが多く残されています。

というわけで英語サイト

場所だけ確保しました。

http://msmicrotubule2.blogspot.com/

英訳が追いつくのはいったいいつになるのか。。。

英語サイトについて

いろいろな状況を考慮してみたところ、当ブログ（の内容を）どうも英語でも公開したほうがいいのではないか、と考えるに至りました。

英語を日本語と同じサイトにまぜて書くと少し混乱する気がしたので、書くなら別の英語専用サイトを作ろうと思います。これまでに公開した部分のなかで重要な部分を英訳するつもりで、その手間もかかりますが、なんとかやってみようといったところです。

英語が上手ではないのはもともと気にしてません。もちろん、上手なほうがいいに決まってます。日々上達させるようにはしてます。でも下手である場合、書かないほうがいいのか、下手でもいいから書くほうがいいのか。今回は後者を選びたいと思います。スポーツ選手が（例えばサッカーやメジャーリーグなどで）海外の球団に入団するときに、入団記者会見の挨拶を日本語でやるべきではない、という話があります。簡単な挨拶だけでも、覚え立ての棒読みでも、間違っていても発音が下手でもいい。その考えを勝手に応用して、下手でもいいから書くことにします。読むnative speakersにとっては苦痛かもしれませんけどね。

しばらく英語サイトを立ち上げる決心をするのに時間がかかるかもしれませんが、ぼちぼち始めようと思います。こちらの日本語は今まで通りです。