繊毛虫テトラヒメナに存在する2種類の細胞核（大核と小核）に核蛋白質を運び分ける仕組みを発見

～将来の情報通信技術を支えるアルゴリズム開発へ大きく貢献～

2009年5月11日

独立行政法人情報通信研究機構（以下「NICT」という。理事長：宮原秀夫）は、生物が持つ「自律性」や「適応性」といった優れた特徴を情報通信技術に応用すべく、生物の細胞内で行われる遺伝子情報の発現を制御するメカニズムについて、遺伝子情報制御の最前線である核に着目して解析しています。今回、異なる機能の核を2つ持つ単細胞生物が、状況変化に応じて核を使い分ける仕組みの一端を明らかにしました。これは、遺伝子情報の発現制御メカニズムの解明に向けた大きな発見であり、生物の柔軟な情報処理システムのメカニズム解明に繋がるものです。

背景

単細胞生物のテトラヒメナは、他の多くの生物では細胞あたり1つしかない核を、2つ持っています。この二つの核は、大核、小核と呼ばれ、大核は代謝など細胞の生存にかかわる機能を司り、小核は細胞の生殖や遺伝子情報の子孫への受け渡しを司るというように、2つの異なる機能をそれぞれ受け持っています。テトラヒメナが、これらの核が独自の機能を持つように分化させて、さらにその性質を維持し、状況に応じて使い分けるためには、構成タンパク質や遺伝子情報制御に係るタンパク質などがそれぞれの核に選択的に輸送されると考えられていましたが、これを直接証明した研究はありませんでした。

今回の成果

核膜に囲まれ、細胞質とは隔離された核の中への物質輸送は、細胞質と核内をつなぐ核膜孔を介して行なわれます。この核膜孔を構成するタンパク質（Nup98）を構成しているアミノ酸に、大核と小核とで大きな違いがあることを発見しました。また、この違いが、遺伝子情報の収納状態と遺伝子の活性に大きな影響を与えるタンパク質（ヒストンH1）の核内への通過を選択的に制御することを明らかにしました。この発見は、細胞が異なる機能を持つ複数の核を正しく分化させて、さらに、これを認識して使い分けるメカニズムの一端を明らかにしたもので、これまで謎であった大核・小核の分化と機能制御のメカニズム解明に向けた大きな進展となりました。この成果は Current Biology　2009年5月26日号（電子版：4月16日）に掲載されます。

掲載論文名： Two distinct repeat sequences of Nup98 nucleoporins characterize dual nuclei in the binucleated ciliate Tetrahymena, Iwamoto et al., Current Biology, vol. 19, 2009. (DOI: 10. 1016/j.cub. 2009. 03. 055)

今後の展望

今後、NICTは今回の発見をもとに、核内の遺伝子制御のメカニズムの全容解明に向けて研究を加速し、二つの核の分化に必要な遺伝子機能を制御するマスタースイッチの発見を目指します。これらの知見は革新的な情報処理アルゴリズムの開発や情報通信パラダイムの創出につながるものです。