Short Review Database Center for Life Science Online Service bicoid oskar mrna. gurken mrna bicoid mrna Tamaki Yano,

246 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol．50No.3(2005)

Short Review

ショウジョウバエ卵母細胞の極性をつくり

だす母性RNA局

在とRNP複

合体

矢野 環

発生学上の興味から始ま った体軸形成の研究は,母 性RNAの 細胞内局在による極性形成 にいき ついた ．生物は,さ まざまな過程で細胞内 におけるmRNA発 現の空間的制御を利用 して お り, そのメカニズムには普遍性があることがわか ってきている.細 胞 内mRNAの 局在 はⅣ多 くの場 合,翻 訳と厳密 に共役 してお り,mRNA-蛋 白質複合体の形成 がその制御 に重要 である,最 近, この複合 体形成 に核内 で起 こるス プライ シング が重 要で ある ことが明 らか にな りつ つ あ り, mRNA制 御 における核 と細胞質の連携 が注 目されている. mRNA局 在 母 性RNA体 軸 形 成RNP複 合 体 は じめ に 発 生 学 上 の 大 きな 問 題 で あ っ た 体 軸 形 成 の メ カ ニ ズ ム は,シ ョウ ジ ョウ バ エ や 線 虫 とい っ たモ デ ル 動 物 を用 い た遺 伝 学 的 手 法 に よ り飛 躍 的 に 解 明 が 進 み,卵 母 細 胞 あ る い は 初期 胚 に お け る体 軸 決 定 因 子 の 極 性 が,体 軸 とい う体 全 体 の 極 性 を 決 め て い る こ とが 明 らか に な っ て き た.シ ョウ ジ ョウバ エ で は,初 期 発 生 で 形 態 と し て現 わ れ る前 後 軸.背 腹 軸 は,す で に卵 形 成 過 程 に お い て,体 軸 決 定 因子 が 母 性RNAの 形 で 卵 母 細 胞 内 に 局 在 す る こ と に よ っ て 形 成 され て い る1）.これ ら の 母 性RNAの 局 在 に は,細 胞 骨 格 や 細 胞 間 シ グ ナ ル とい っ た,細 胞 に と って 基 本 的 な,さ ま ざ ま な種 類 の 機構 が 必 要 で あ り,し か も,そ こ で働 く因 子 の 多 くが体 細 胞 にお け る極 性 形 成 にお い て も重 要 な働 き を して い る こ とが 明 らか と な っ て き て い る2),し た が っ て,体 軸 形 成 メ カニ ズ ム の 研 究 は い まや,細 胞 極 性 形 成 と い う細 胞 学 上 の 大 きな 問 題 へ さ ま ざ ま な知 見 を 提 供 しつ つ あ る.細 胞 内 に お け るmRNA の 局 在 は,酵 母 か ら哺 乳 類 に至 る まで 保 存 さ れ て い る機 構 で あ る.最 近 で は,神 経 細 胞 の樹 状 突 起 先 端 に お け る mRNA局 在 が,記 憶 な ど神 経 可 塑 性 を 要 す る現 象 に 重 要 で あ る と い う知 見 もあ り3),mRNA細 胞 内 極 性 形 成 の メ カニ ズ ムが 注 目 さ れ て い る. mRNAの 局 在 は 多 くの 場 合,翻 訳 制 御 と共 役 して い る こ とが 明 らか に な っ て きて い る.す な わ ち,局 在 す る よ り前,移 動 中 のmRNAか ら の 翻 訳 は 抑 制 さ れ て お り,局 在 して は じめ て 翻 訳 が 起 こ る とい う制 御 で あ る. 実 は,こ の 局 在 と翻 訳 制 御 の 共 役 こ そ が,生 成 され る蛋 白質 を 正確 に細 胞 の 局 所 だ け で 発 現 させ る の に 重要 で あ る. 本 稿 で は,シ ョウ ジ ョウ バ エ の 体 軸 形 成 にか か わ る3 つ の 母 性RNAの 制 御 につ い て の 知 見 を そ れ ぞ れ ま と め,そ こか らみ え て くるmRNA制 御 の 基 本 的 な メ カニ ズ ム と,局 在 部 位 の 異 な る 個 々 のmRNAに 特 異 的 な, 局 在 ・翻 訳 制 御 の メ カ ニ ズ ム を展 望 す る. Ⅰ.シ ョウジ ョウバ エ にお ける体 軸 形 成 シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ に お い て 体 軸 は,前 後 軸 が bicoid

mRNAと oskar mRNA. 背腹軸 がgurken _mRNA と い う,

3つ の 母 性RNAの 卵 母 細 胞 内 に お け る 局 在 に よ っ て 規 定 され て い る.

頭 部 ・胸 部 形 成 の 決 定 因 子 で あ るbicoid mRNA は, 受 精 後,初 期 胚 の 前 極 で 翻 訳 さ れ,前 か ら 後 に か け て の Bicoid蛋 白 質 の 濃 度 勾 配 を 形 成 す る4)(図1a).そ の 結

Tamaki Yano, 東北大学大学院薬学研究科 医薬資源化学分野 E-mail : tyanoC@mail.pharm.tohoku.ac.jp Maternal RNA localization and RNP-complex, essential for the polarization of the oocyte in Drosophila

247 蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.50No.3(2005) 果,Bicoid蛋 白 質 は 胚 の 前 部 に お い て hunchback 遺伝子 の 転 写 を 活 性 化 す る.一 方,腹 部 形 成 の 決 定 に必 須 な 因 子 で あ るoskar mRNA は 卵 母 細 胞 後 極 に 局 在 し5,6),そ こ で 局 所 的 に 翻 訳 さ れ る.Oskar蛋 白 質 は,受 精 後 の 初 期 胚 に お け るnanos mRNA の 後 極 へ の 局 在 に 必 須 で あ り,Nanos蛋 白 質 は,母 性RNAと し て も 存 在 し て い る hunchback mRNA の 翻 訳 を 胚 の 後 部 で 抑 制 す る,こ の よ う に し て形 成 さ れ たHunchback蛋 白 質 の 濃 度 勾 配 が 下 流 の 転 写 因 子 を濃 度 依 存 的 に活 性 化 す る こ と に よ り, 前 後 軸 が 形 成 され る.し た が っ て前 後 軸 形 成 に は,卵 母

細 胞前極 にbicoid mRNA が,後 極 に oskar mRNA が局

在 す る こ とが 必 須 で あ る. 背 腹 軸 は,卵 母 細 胞 前 極 背 側 に局 在 す るgurken mRNA に よ っ て 規 定 さ れ る.EGF受 容 体 リ ガ ン ド で あ るGur− ken蛋 白 質 は,卵 母 細 胞 の 前 極 背 側 と 接 し て い る 濾 胞 細 胞 に 発 現 す る 受 容 体Torpedoに 働 き,Pipeの 産 生 を 抑 制 す る(図1b).Gurken蛋 白 質 の 影 響 を 受 け な い 腹 側 の 濾 胞 細 胞 で は,Pipeが 分 泌 蛋 白 質Nudelを 活 性 化 し, 細 胞 外 マ ト リ ッ ク ス に お い てGastrulationdefective→ Snake→Easter→Spatzleと い う セ リ ン プ ロ テ ア ー ゼ カ ス ケ ー ドの 活 性 化 を 起 こ す.活 性 化 し たSpatzleは 卵 母 細 胞 膜 上 に あ る 受 容 体Tollに 働 き か け,腹 部 構 造 形 成 を ひ き起 こ す 転 写 因 子Dorsalの 活 性 化 を 誘 導 す る.こ の 結 果,多 核 性 胞 胚 に お け るDorsalの 濃 度 勾 配 が 形 成 さ れ る7).す べ て の 濾 胞 細 胞 はPipe産 生 能 力 を も つ た め,背 腹 軸 はPipe産 生 抑 制 が 正 確 に 背 側 で 起 こ る こ と, す な わ ち, gurken mRNA の 前 極 背 側 へ の 正 確 な局 在 に よ っ て 規 定 さ れ て い る.

Ⅱ.卵母細胞の極性と微小管

体 軸 決 定 因 子 で あ る母 性RNAの 局 在 に は,卵 母 細 胞 に お け る微 小 管 な どの 細 胞 骨 格 が 重 要 で あ る こ とが わ か っ て きて い る1).卵 母 細 胞 と哺 育 細 胞 と は細 胞 質 連 絡 に よ っ て 互 い に接 続 し,そ れ らの 周 囲 を体 細 胞 で あ る濾 胞 細 胞 に よ り囲 まれ た卵 室 を 形 成 して卵 成 熟 を 行 な う(図 2a).微 小 管 は,は じめ 卵 母 細 胞 の 後 極 に位 置 す る マ イ ナ ス端 か ら,細 胞 質 連 絡 を 通 じて 哺 育細 胞 へ と伸 び て い る(図2b左). _{gurken mRNA} は,卵 形 成 中 期 に か け て 微 小 管 マ イナ ス端 へ と 向 け 哺 育 細 胞 か ら卵 母 細 胞 へ と運 ば れ蓄 積 す る.TGFα 様 因 子 で あ るGurken蛋 白質 は卵 母 細 胞 に接 し て い る濾 胞 細 胞 へ 働 きか け,こ れ を後 部 濾 胞 細 胞 へ と運 命 決 定 させ る.こ の 濾 胞細 胞 は,つ ぎに卵 母 細 胞 へ 未 同 定 の シ グ ナ ル を返 し,卵 母 細 胞 内で 微 小 管 図1シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ に お け る 前 後 軸 形 成 と 背 腹 軸 形 成 (a)卵 母 細 胞 に お け るbiCoｉdmRNA, OSkarmRNAの 前 極 ・後 極 にお け る局 在 が,初 期 胚 にお け るHunchback蛋 白 質の 農度 勾 配 を つ く りだす. (b)gurkenmRNAの 卵 母 細 胞 前 極 背 側 へ の 局 在 が.初 期 胚 に お け るDorsal の濃 度 勾 配 を つ く りだ す.

248 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.50No3(2005) の 再 構 成 が 起 こ る.す な わ ち,微 小 管 マ イナ ス端 が 卵 母 細 胞 の後 極 を 除 い た 周 縁 に で き,後 極 の プ ラ ス端 に向 け て 伸 び る よ うに な る(図2b右). Ⅲ.bicoidmRNAの 局 在 シ ョウ ジ ョ ウ バ エ で は,多 くの母 性RNAや 母 性 蛋 白 質 が 哺 育 細 胞 で 合 成 され,細 胞 間 連 絡 を通 っ て卵 母 細 胞 に 運 び込 ま れ る.頭 部 形 成 に 必 須 な遣 伝 子 群 の遺 伝 学 的 ス ク リ ー ニ ン グ に よ る 同 定 に よ り, hicoid mRNA の 局 在 はつ ぎの3つ の ス テ ップ を 経 て な され る こ とが 明 らか に な っ た(図3a). は じ め の ス テ ッ プ で は, bicoidmRNA は 哺 育 細 胞 よ り卵 母 細 胞 に輸 送 され,卵 母 細 胞 前 極 に リ ン グ状 に 局 在 す る.こ の ス テ ッ プ に お い て は experantia 遺 伝子 が必 要 で あ る.し か し,Experantia蛋 白 質 の bicoid mRNA に 対 す る 働 き は,実 は2段 階 あ る.こ れ は,蛍 光 ラ ベ ル し た合 成bicoid mRNA を卵 母 細 胞 に注 入 す る とい う実 験 に よ り 明 ら か に さ れ た8).す な わ ち,野 生 型 の 卵 母 細 胞 に注 入 され たbicoid mRNA は,後 極 以 外 の卵 母 細 胞 内 周 縁 に 微 小 管 依 存 的 に 局 在 す る が, experantia 変異 体 に 注 入 さ れ た 場 合 に は 細 胞 質 に留 ま っ た.こ の 事 実 か ら, 図2卵 形 成 過 程 に お け る 微 小 管 の 極 性 (a)卵 室 は,互 い に細 胞 質 連 絡 に よ っ て つ な が った15個 の 哺 育 細 胞 と1つ の 卵 母 細 胞 が,体 細胞 であ る 濾 胞細 胞 に取 り 囲ま れ て形 成 して いる. (b)微 小 管 のマ イ ナ ス 端 は,卵 形 成 中 期 まで は卵 母 細 胞後 極 に位 置 す る が,微 小 管 再 構成 が 起 こる と卵 母 細胞 の 後 極 を 除 く周 縁 に位 置 する よ うに な る ． 図3母 性RNA局 在 の 模 式 図 (a)biCoiσmRNA局 在 と,そ れ に関与 す る遺 伝 子.(b)微 小 管 再 構 成(上 段), oskarmRNA局 在(中 段),Oskar蛋 白 質 への 翻 訳(下 段)と,そ れ ら に関 与 す る 遺伝 子,(c)gurkenmRNA局 在 と, そ れ に関 与 す る 遺 伝 子.複 数 のmRNA の 局在 に共通 に関 与 す る遺 伝 子 が 存 在 し て い る.

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experantia 遺伝 子 はbicoid mRNA の卵 母 細胞 内周 縁 へ

の 局 在 に必 要 で は あ るが,内 周 縁 の う ち前 極 の み に 局 在 させ る に は不 十 分 で あ る こ とが わ か る.し か しな が ら, い っ た ん 野 生 型 の 哺 育 細 胞 に 注 入 さ れ たbicoid mRNA

を,再 び 引 き抜 い て 今 度 は卵 母 細 胞 に 注 入 す る と,驚 く

べ き こ と に, bicoid mRNA は野 生 型, experantia 変異体

の ど ち らの 卵 母 細 胞 に お い て も前 極 に 局 在 し,し か も, experantia 変 異 体 の 哺 育 細 胞 に い っ た ん 注 入 さ れ た bi-coid mRNA は,野 生 型 の 卵 母 細 胞 に お い て前 極 に 局在 し な か っ た.こ の こ と は, Experantia 蛋 白 質は哺 育細 胞 に お い て, hicoid mRN A の卵 母細 胞 前極 への特 異 的 な 局 在 に 必 要 な 因 子 をRNA一 蛋 白 質 複 合 体(RNP複 合 体)に 取 り込 む の に 必 要 で あ る こ と を示 唆 して い る.お そ ら く,卵 母 細 胞 内周 縁 で は前 極 で 微 小 管 の マ イ ナ ス端 が 質 的 に 異 な っ て お り, Experantia 蛋 白 質 を含 むbicoid mRNA-蛋 白 質 複 合 体 は そ の 違 い を 見 分 け て い る の だ と 思 わ れ る. Experantia 蛋 白 質 は リ ン酸 化 蛋 白 質 で あ る.最 近, Experantia 蛋 白質が卵 母 細胞 の極 性 形 成 に重要 な蛋 白 質Par-1に よ っ て リ ン 酸 化 さ れ る こ と が, bicoid mRNA の 局 在 に 重 要 で あ る こ と が 示 さ れ た9). Experantia 蛋 白

質 とPar 1, bicoid mRNA は,哺 育 細 胞 に お い て 顆 粒 状

に 共 局 在 し て お り, Experantia 蛋 白 質 は お そ ら く哺 育 細 胞 に お い てPar-1に よ っ て リ ン 酸 化 を 受 け,そ れ が bicoid mRNA 輸 送 に必 要 な 因 子 群 をRNP複 合 体 に 取 り込 む の に重 要 で あ る と考 え ら れ る. 第2の ス テ ップ で は,卵 母 細 胞 前 極 に 局 在 したbicoid mRNAが 円 盤 状 につ な ぎ止 め られ る.こ の ス テ ップ で はswallow 遺 伝 子 と γチ ュ ー ブ リ ン遺 伝 子(y-tub37C ) が 必 要 で10),そ れ ら の 変 異 体 で は bicoid mRNA が粒 子 状 に 拡 散 し て し ま う.ま たSwallow蛋 白 質 は,微 小 管 の マ イ ナ ス 端 へ 向 か う モ ー タ ー 蛋 白 質 で あ る ダ イ ニ ン 軽 鎖 と 相 互 作 用 す る こ と が 示 さ れ て い る11).し た が っ て, bicoid mRNA は単 に つ な ぎ止 め ら れ る だ け で な く,微 小 管 依 存 的 に継 続 的 に 輸 送 され る こ とが 必 要 で あ る と予 想 され る. bicoid mRNA 局 在 に お け る 最 終 ス テ ッ プ は,前 極 へ の 局 在 の 維 持 で あ り,こ れ は2本 鎖RNA結 合 蛋 白 質

Staufenを 必 要 と す る. bicoid mRNA の3'側 非 翻 訳 領 域(3'UTR)に は,5つ の ス テ ム-ル ー プ 構 造 か ら な る 卵 母 細 胞 前 極 へ の 局 在 と そ の 維 持 に 必 要 十 分 な 領 域 が あ り,こ のmRNAの 塩 基 対 が つ く る 高 次 構 造 が 重 要 で あ る と さ れ て い るl2).Staufenは こ の 高 次 構 造 を 認 識 し, bicoid mRNA の 前 極 へ の 維持 にか か わ っ て い る. Ⅳ.oskarmRNAの 制 御 1.oskarmRNAの 局 在 oskar mRNA は腹 部形成 と生殖 細胞形成 の両方 に必須 な 因 子 で あ り13),卵 母 細 胞 後極 へ の局 在 が 正 常 な発 生 に 重 要 で あ る. oskar mRNA も哺 育 細 胞 で つ く られ,卵 母 細 胞 前 側 に位 置 す る細 胞 質 連 絡 を 経 て,卵 母 細 胞 前 側 か ら後 極 へ と輸 送 さ れ る. oskar mRNA の 局 在 に は 微 小 管 の 極 性 が 重 要 で あ る (図3b).哺 育 細 胞 か ら卵 母 細 胞 へ の 移 動 は 微 小 管 マ イ ナ ス 端 へ 向 け た 輸 送 で あ るが,卵 形 成 中 期 に お い て 微 小 管 再 構 成 が 起 こ る と,卵 母 細 胞 前 極 に あ る マ イナ ス 端 か ら後 極 に位 置 す る プ ラ ス端 へ と輸 送 され る よ うに な る. 微 小 管 プ ラ ス 端 へ 向か うモ ー ター 蛋 白 質 で あ る キ ネ シ ン は,モ ー ター ドメ イ ンを もつ 重 鎖 と輸 送 担 体 との 結 合 ド メ イ ン を もつ 軽 鎖 か ら な る. oskar mRNA の卵母細 胞後 極 へ の 移 動 に は キ ネ シ ン重 鎖 遺 伝 子 が 必 要 で あ る こ とが そ の 変 異 体 の解 析 か ら示 され て い る が14),キ ネ シ ン軽 鎖 遺 伝 子 は 必 要 な く15),こ の 輸 送 に キ ネ シ ンが モ ー ター と して か か わ っ て い るか ど うか は不 明 で あ る. oskar mRNA の 局 在 に働 く因 子 と して 早 くか ら同 定 さ れ て い た の はStaufenで あ る.2本 鎖RNA結 合 蛋 白 質 Staufenは, oskar mRNA と局 在 を と も に し,そ の 変 異

体 に お い てoskarmRNA が卵母 細胞 全体 に拡散 す る こ と か ら, oskarmRNA の局 在 に 直 接 に働 い て い る の だ と

考 え ら れ て い る.し か し, Staufen 0) oskar mRNA へ の

結 合 は こ れ ま で示 され て い な い.

近 年, oskar mRNA の 後 極 へ の 局 在 に は,EJC*1構 成

因 子 で あ るY 14/Tsunagi16. 17) , Magonashi 18), eIF4A Ⅲ19),

Barentsz20),が 重 要 な 働 き を し て い る こ と が 示 さ れ,ス

* 1 EJC : exon-exon junction complex の 略,mRNAス プ ラ イ シ ン グ に よ る イ ン ト ロ ン 除 去 後,エ キ ソ ン と エ キ ソ ン の 境 界 か ら20∼24 塩 基 上 流 に付 加 され る蛋 白質 複 合体.ス プ ラ イシ ン グ され た とい う“履 歴 ”の 印 とな り,mRNAの 核 外 輸送,細 胞 内局 在,分 解 な ど に 影 響 す る.

250 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.50No.3(2005) プ ラ イ シ ン グ と の か か わ り か ら 注 目 を 集 め て い る.こ れ らの 蛋 白質 はoskar mRNA が ス プ ラ イ シ ン グ さ れ る 場 であ る哺育 細胞 核 でoskar mRNA と 複 合 体 を 形 成 した の ち,細 胞 質 へ 出 て,最 終 的 に は卵 母 細 胞 の 後 極 ま で oskar mRNA と と も に移 動 す る.変 異 体 の解 析 か ら,こ れ らの 蛋 白質 は 哺 育 細 胞 か ら卵 母 細 胞 へ 運 ば れ る ま で の ス テ ッ プに は重 要 で は な く,卵 母 細 胞 内 に お け る輸 送 に 必 須 で あ る こ とが 明 らか に な っ て お り,oskar mRNA-蛋 白質複合 体 の段 階 的制御 がmRNA の 局 在 に重 要 で あ る こ と が 示 唆 さ れ る.

oskar mRNA の 局 在 に は,EJC構 成 因子 が 必 要 な だ け

で な くス プ ラ イ シ ン グそ の もの も重 要 で あ る こ とが,最

近, oskar RNA ヌ ル 変 異 体 を用 い た 実 験 に よ り示 さ れ た21).こ れ ま で, oskar mRNA の3'UTRを も つ キ メ ラ

遺 伝 子 は,野 生 型 の卵 母 細 胞 に発 現 させ る と後 極 へ 局 在

す る こ と か ら, oskar mRNA の 局 在 に は そ の3'UTRが 必 要 十 分 で あ る と 思 わ れ て い た.し か しHachetら は, 内在 性 のoskar mRNA が 存 在 し な い 変 異 体 に お い て は,そ の3'UTRだ け で は 後 極 へ の 局 在 が 起 こ ら な い こ と, oskar 遺 伝 子 に3つ 存 在 す る イ ン トロ ンの う ち,も っ と も5'側 に あ る イ ン ト ロ ン の ス プ ラ イ シ ン グ が 局 在 に 必 須 で あ る こ と,イ ン ト ロ ン 内 の 塩 基 配 列 は 重 要 で は な い こ と,を 示 し た.こ れ は,細 胞 質 に お け るmRNA 局 在 に,実 は 核 内 で 起 こ る ス プ ラ イ シ ン グ が 共 役 し て い る こ と を直 接 に 示 した 最 初 の 例 で あ る. oskar mRNA-蛋 白 質複 合 体 は 大 きな 顆粒 を形 成 して お り,ひ とつ の 顆 粒 に は100分 子 程 度 のoskar mRNA が 含 まれ る と 見 積 も ら れ て い る.内 在 性 の oskar mRNA が 存在 す る場 合 に は, oskarmRNA の3'UTRを も つRNAは ス プ ラ イ

シ ン グ を受 け たoskar mRNA- 蛋白質複 合体 に拾 わ れ て 後 極 ま で運 ば れ る と考 え られ て い る 。 oskar mRNA の 局 在 に は,こ の ほ か に も核 内 と細 胞 質 を シ ャ トル す る 蛋 白 質 が 働 い て い る.hnRNPA/Bホ モ ロ グ で あ るHrp48は,初 期 胚 に お い てP因 子RNAの 選 択 的 ス プ ラ イ シ ン グ 制 御 に 働 く こ と が 示 さ れ て い た RNA結 合 蛋 白質 で あ るが,最 近,卵 母 細 胞 にお い てoskar mRNAの 局 在 に 必 須 で あ る こ と が 示 さ れ た22,23).こ の 場 合,Hrp48は oskar mRNA の ス プ ラ イ シ ン グ は 制 御 し て い な い た め,ス プ ラ イ シ ン グ 制 御 に よ っ て 間 接 的 に mRNAの 局 在 に 働 く の で は な い.Hrp48は 多 機 能 な 蛋 白 質 で あ り, oskar mRNA の 翻 訳 制 御(後 述),さ ら に, gurken mRNA の 局 在(後 述)に も働 い て い る.し た が っ て,Hrp48に よ る oskar mRNA 局 在 の 制 御 は,ひ と つ のRNAに ひ とつ の輸 送 蛋 白質 と い っ た 単 純 な 分 子 メ カ ニ ズ ム で は な く,Hrp48は,ほ か の 因子 群 を 含 む 高 次 の RNP複 合 体 形 成 に重 要 な 役 割 を果 た して い る の だ と考 え られ る.複 合 体 形 成 は,哺 育 細 胞 の 核 内 で ス プ ラ イ シ ン グ に 応 じて な され る こ とが 重 要 で あ り,さ らに,細 胞 質 に 出 た と こ ろ で細 胞 質 の 因 子 を 取 り込 ん で 再 構 成 す る こ とに よ っ て,さ ま ざ ま なInRNAに 特 異 的 な 局 在 制 御 を実 現 して い る こ とが考 え ら れ る. 2. oskar mRNA の翻訳 前 後 軸 形 成 に は, oskar mRNA 局 在 の み な らず,輸 送 の あ い だ翻 訳 が 抑 制 され て い る こ とが 必 須 で あ る24).翻 訳 抑 制 に はoskar mRNA の3'UTRに 存 在 す るBRE

(Bruno response element) が 重 要 で あ り,こ れ に 結合 す

るRNA結 合 蛋 白 質Bruno(遺 伝 子 名arrest) が 翻訳 抑 制

因 子 と し て 働 い て い る25).

Bruno に よ る oskar mRNA 翻 訳 開 始 抑 制 の メ カニ ズ ム は こ れ ま で 不 明 で あ っ た.し か し 最 近,Cupと よ ば れ る 蛋 白 質 が,mRNAの5'末 端 の キ ャ ッ プ 構 造 と 結 合 す る 翻 訳 開 始 複 合 体 因 子eIF4E,さ ら にBrunoと 相 互 作 用 し て, oskar mRNA の翻 訳 抑 制 に 働 く こ とが 示 され た26).お そ ら く,CupがBrunoとeⅠF4Eの 橋 渡 し を す る こ と に よ っ て, oskar mRNA の キ ャ ップ構 造 依 存 的 な 翻 訳 開 始 を抑 制 して い る もの と考 え られ る. oskar mRNA 局 在 に 関 与 し て い るhrp 48 遺 伝 子 は, oskar mRNA の 翻 訳 抑 制 に も 関 与 し て い る23).Hrp48蛋 白質がoskar mRNA の3'UTRと5'側 領 域 に あ る 翻 訳 抑 制 に 関 与 す る 領 域 双 方 に 結 合 す る こ と27),ま た,2量 体 を つ く り う る こ と か ら,お そ ら く oskar mRNA の5'末 端

と3'末 端 を 物 理 的 に 近 づ け る こ と に よ っ て,Bruno, Cup,eIF4Eに よ る 翻 訳 抑 制 を 可 能 に し て い る と 思 わ れ る.

oskar mRNA の 翻 訳 は,低 分 子RNAを 介 し た RNAサ イ レ ン シ ン グ に 関 与 す る 蛋 白 質,Armitage, Aubergine,Spindle-E,MaelstroⅣnに よ っ て も 抑 制 さ れ て い る28).卵 巣 抽 出 液 中 のArmitageは,RNAiに お け る 標 的mRNA切 断 を 触 媒 す る 酵 素 複 合 体 形 成(RISC ア セ ン ブ リ ー)に 必 要 で あ る こ と が 示 さ れ て お り29),そ の 変 異 体 で はoskar mRNA の 翻 訳 抑 制 の み な らず,微 小 管 の 極 性 に も 欠 損 が 生 じ る.し た が っ て,Armitage を 必 要 とす るRNAサ イ レ ン シ ン グ 機 構 が,osｋarmRNA

251 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol．50No.3(2005) や 微 小 管 極 性 に 関与 す るmRNAの 翻 訳 を抑 制 して い る もの と思 わ れ る. 3.oskarmRNAの 局在 と翻 訳 の共役 前 述 の よ うに,osｋarmRNAの 局 在 と翻 訳 に 関 与 す る 因子 の 同 定 と解 析 に よ り,局 在 ・翻 訳 の メ カ ニ ズ ム が 少 しず つ 明 ら か に な っ て き て い る が,mRNA局 在 と翻 訳 制 御 の 共 役 メ カニ ズ ム は い ま だ 不 明 で あ る. 最 近,cAMP依 存 性 プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ(PKA)の タ イ プ1制 御 サ ブ ユ ニ ッ ト(Pka-R1)がos々armRNAの 翻 訳 制 御 に 重 要 な働 きを して い る こ とが 示 され た30).Pka-R1の 変 異 体 で はPKA活 性 が 上 昇 し て お り,Oskar蛋 白質 が 異 所 的 に 発 現 す る.PKAは,卵 形 成 中 期 で は卵 母 細 胞 に お い て 後 極 濾 胞 細 胞 か らの シ グ ナ ル を 受 け取 り,微 小 管 の 再 構城 を伴 う卵 母 細 胞 極 性 形 成 に 働 く.し た が っ て,卵 母 細 胞 後 極 で 局 所 的 に 活 性 化 さ れ たPKA が,oskarmRNAの 翻 訳 制 御 にか か わ る蛋 白質 を リ ン酸 化 に よ り活 性 制 御 す る可 能 性 が 考 え られ る. 前 述 の よ う に,Hrp48がoskarmRNA局 在 と翻 訳 抑 制 の 両 方 に か か わ って い る こ とか ら もわ か る よ う に,局 在 と翻 訳 制 御 の 共 役 に はRNP複 合 体 の 高 次 構 造 が 重 要 で あ る と思 わ れ る.し た が っ て,RNP複 合 体 に 含 ま れ る 因 子 群 の さ らな る同 定 と機 能 解 析 が 必 要 で あ ろ う. Ⅴ.gurkenmRNAの 局 在 背 腹 軸 に 重 要 なgurkenmRNAは,微 小 管 再 構 成 の の ち,前 極 背 側 に 移 動 し た 卵 母 細 胞 核 で 合 成 さ れ る よ う に な り,細 胞 質 に 出 た の ち は 卵 母 細 胞 前 極 背 側 に 局 在 す る.こ の 局 在 に はsquidが 必 須 で あ る31)(図3c).Squid 蛋 白 質 は,oskarmRNAの 局 在 に 働 くHrp48と 同 様 に A/Bタ イ プ のhnRNPで あ り,核 外 輸 送 蛋 白 質 ト ラ ン ス ポ ー チ ン,翻 訳 抑 制 因 子Brunoと 相 互 作 用 す る こ と か ら,gurkenmRNAの 核 外 輸 送 と 局 在 ・翻 訳 抑 制 を 共 役 さ せ て い る 可 能 性 が あ る. gurkenmRNA局 在 に は,Squidの み な ら ずHrp48も 重 要 で あ り,gurkenmRNAに 結 合 し,か つSquidと RNP複 合 体 を 形 成 す る32),gurkenmRNA制 御 とoskar mRNA制 御 の 両 方 にHrp48お よ びBrunoが 使 わ れ て い る と い う こ と は,oskarmRNAが 後 極,gurkenmRNA が 前 極 背 側 に 局 在 し,そ こ で の み 翻 訳 さ れ る と い う 相 違 を 考 え る と 驚 く べ き こ と で あ り,mRNA局 在 ・翻 訳 制 御 に 共 通 に 使 わ れ る 因 子,特 異 性 を 決 め る 因 子 の 解 明 が,高 次RNP複 合 体 の 機 能 の理 解 に 必 要 で あ ろ う. お わ り に 本 稿 で は,シ ョウ ジ ョ ウバ エ に お い て 体 軸 形 成 に必 須 な3つ の 母 性RNAの,卵 母 細 胞 とい う ひ と つ の 細 胞 に お け る異 な る場 所 へ の 局 在 と翻 訳 制 御 に つ い て,最 新 の 知 見 を交 え て述 べ た.mRNAレ ベ ル で の 遺 伝 子 発 現 の 空 間 的 制 御 は,実 に 多 くの 生 物 で 生 命 の 維 持 に必 須 な現 象 に働 い て い るが,そ の メ カニ ズ ムの 詳細 は ほ と ん ど明 らか に な って い な い とい っ て よ い.し か しな が ら,こ れ らのmRNA局 在 は,細 胞 骨 格 が 重 要 で あ る こ と,大 き なRNP複 合 体 を形 成 して い る こ とが 共 通 で あ り,し か も,局 在 場 所 の 異 な るmRNAに つ い て,そ の 局 在 に か か わ る 因子 が い くつ も共 通 で あ る とい う こ とか ら,RNP 複 合 体 に含 まれ て い る 因 子 の構 成 が,そ の 局 在 や 局 在 依 存 的 な 翻 訳 制 御 の特 異 性 を決 め て い る よ う に思 わ れ る. した が っ て,ど の よ うに して,そ して,ど の よ うな 因 子 を含 ん だRNP複 合 体 が 形 成 さ れ る の か,と い う点 の 解 明 が 重 要 で あ ろ う.と く に,細 胞 質 に お け る 局在 に核 内 イ ベ ン トが 関 与 し て い る 点 は,RNP複 合 体 の 形 成 と密 接 な 関 係 が あ り,そ の 詳 細 な メ カ ニ ズ ム に つ い て は 今 後 の解 明 が 待 た れ る. 生 物 は 複 雑 な 制 御 系 を,も ち あ わせ た 有 限 な遺 伝 子 に よっ て つ く りあ げ て き た.細 胞 内 に お け るmRNAの 空 間 的 制 御 も,お の お の のmRNAに 個 別 の 制 御 系 を あ て は め る の で は な く,制 御 の 基 本 形 を お の お の の場 合 に応 じて変 化 させ る こ とで 巧 妙 に 対 応 して い る の で は な い だ ろ うか.

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131.1949-1958(2004) 矢 野 環 略 歴:1996年 東 京 大 学 大 学 院 薬 学 系 研 究 科 博 士 課 程 修 了, EuropeanMolecularBiologyLaboratory(EMBL-Heidelberg)研 究 員,大 阪 府 立 母 子 保 健 総 合 医 療 セ ン タ ー 研 究所 研 究 員 を 経 て,2002年12月 よ り東 北 大 学大 学 院 薬 学 研 究 科 医 薬 資 源 化 学 分 野 研 究 員.研 究 テ ー マ:蛋 白 質-RNA複 合 体 に よ るmRNA制 御.関 心 事:生 物 が,転 写 と い う大 枠 を 決 め る 制 御 だ け で はな く,時 間 や 空 間の 状 況 に 細 か く対 応 す る た め に転 写 後 制 御 を,ど の よ う に巧 み に 使 っ て い るの か に 興 味 が あ る. 特 定 領 域 研 究 「水 と 生 体 分 子 が 織 り成 す 生 命 現 象 の 化 学 」 第2回 公 開 ワ ー ク シ ョ ッ プ 参 加 費 無 料 日 時3月17日(木)9:30∼18:053月18日(金)9:30∼18:10 場 所 コ ク ヨ ホ ー ル(東 京 都 港 区 港 南1-8-35Tel．03-3450-3712)

プ ログ ラム Session 1 : Protein Dynamics & Function, Session 2 : Protein Folding, Session 3 : Water & Biomolecular Structure, Session 4 : Protein Amyloidogenesis

懇 親 会3月17日(木)18:30参 加 費 は 下 記 ホ ー ム ペ ー ジ 参 照.参 加 希 望 者 は3月3日 ま で に,氏 名,フ リ ガ ナ,所 属,勤 務 先 住 所,電 話 番 号,メ ー ル ア ド レ ス を 明 記 の う え, sympo@ gagliano.phys.s.u-tokyo.ac.j p まで お 申込 み下 さい

連 絡 先 〒113-0033東 京 都 文 京 区 本 郷7-3-1東 京 大 学 大 学 院 理 学 系 研 究 科 物 理 学 教 室 桑 島 邦 博 Tel.03-5841-4128FAXO3-5841-4512

http : //gagl iano.phys.s.u-tokyo.ac.jp : 8000/tokutei/