非対称分裂を制御する Wｎｔシグナルに関与する新奇遺伝子の研究
Studies on novel genes that are involved in Wnt signaling regulating asymmetricdivision（日本発生生物学会推薦）
研究代表者

遺伝学研究所澤斉

National Institute of Genetics Hitoshi SAWA

Asymmetric cell division is a fundamental mechanism to produce cellular diversity
during development of animals. In C. elegans, asymmetric cell division is regulated
by a divergent Wnt signaling pathway in which signaling components localize
asymmetrically in the cells. We showed that a tumor suppressor protein APC that
localizes to the anterior cell cortex stabilizes microtubules to create asymmetry
in the number of astral microtubules during the divisions. By manipulating
microtubules by laser treatments, we showed that this microtubule asymmetry regulates
asymmetry of nuclear β-catenin localization. Our results show novel link between APC
and nuclear β-catenin mediated by microtubules. To further elucidate the mechanism
of asymmetric division, we have screened genes required for it by the RNAi method.
We found that ppk-1 and icd-1 encoding phosphatidylinositol-4-phosphate 5' kinase
and beta-subunit of the nascent polypeptide-associated complex (βNAC), respectively,
are involved in asymmetric division of epithelial stem cells by regulating asymmetriclocalization of the TCF transcription factor.
研究目的

シグナルによって制御されており、我々はこの経路

受精卵から個体が発生するまでには、多様な種類のを Wnt βカテニン非対称経路と名づけた。細胞の分細胞が作られる必要がある。非対称分裂は１つの細裂の際、βカテニンや APC は前方の細胞膜近傍(細胞胞から２種類の異なる性質の細胞を作る機構である。

表層)に局在する。細胞分裂が終期に入り核膜が再形

線虫 C. elegans の多くの体細胞は前後方向に非対称成されるとβカテニンが後方の核に、転写因子 TCFに分裂し異なる運命を持った娘細胞を作り出す。こが前方の核に局在するようになり、前後の娘細胞のの非対称分裂は canonical な Wnt シグナル経路因子

核内で遺伝子の転写が非対称に制御され、異なる運によって制御されている。canonical な Wnt シグナ

命を持つ二つの細胞が形成される。これまでに我々

ル経路は哺乳類において幹細胞の維持、分化などは前方の表層に局在するβカテニンや APC がβカテ様々な発生現象に関与し、その異常は癌などの疾患ニンの非対称核局在を制御することを明らかにしてにつながる。例えば、大腸がんの主な原因遺伝子でいたが、具体的な機構は不明であった。哺乳類におある APC (adenomatous polyposis coli)は canonical

いて APC はβカテニンの分解に加えて微小管を制御な Wnt シグナルの抑制因子である。
通常の canonicalしていることが知られており、線虫の APC が微小管Wnt シグナル経路ではβカテニンの安定性が制御さを介してβカテニンを制御している可能性を検討しれている。Wnt シグナルがない場合はβカテニンやた。またこの経路に関与する新規遺伝子を同定する

APC などの働きで分解されているが、シグナルが入ため RNAi 法によるスクリーニングを行った。

力されると、APC の働きが抑制されβカテニンは安定化して核に移行して転写を活性化する。これに対研究経過し、線虫の非対称分裂制御において、βカテニンの1. APC は微小管を介してβカテニンを制御する

安定性でなく、その細胞内での非対称な局在が Wnt

微小管の関与を調べるため、初期胚の細胞に微小管阻害剤を加えたところ、βカテニンや TCF の核局在た。の非対称性が失われることがわかり、微小管が非対

ppk-1 は膜脂質 PIP2 から PIP3 を作り出す酵素、称性制御に関与していることが明らかになった。

phosphatidylinositol-4-phosphate 5' kinase をコ

微小管の動態を詳細に調べたところ、星状微小管ードしている。ppk-1 変異体の非対称分裂異常は IP3の数が非対称であることを発見した。前方の中心体受容体 itr-1 の機能獲得型変異体で抑制されることからの微小管の方が後方よりも二倍近く多い。このから、保存された IP3 シグナル経路を介して非対称非対称性は、Wnt、βカテニン、APC の変異体で消失分裂を制御していると考えられる。icd-1 はリボゾし、Wnt シグナル経路によって制御されていることームで合成されたばかりの新生ポリペプチド鎖に結がわかった。微小管のプラス端の細胞表層への滞在合する NAC 複合体（nascent polypeptide-associated

時間を調べたところ、APC が局在している前方の方complex）のβ鎖をコードしている。現在これらの遺が長く滞在していた。APC の変異体では滞在時間の伝子がどのように非対称分裂に関与しているか解析

前後での違いが消失し、表層の APC が微小管のプラしている。

ス端を安定化させることで、微小管の数の非対称性を作り出していることが明らかになった。

考察

微小管の非対称性の役割を明らかにするために、レ

これまでに p53 などが微小管に結合し、ダイニンモーザー照射による微小管の破壊実験を行った。微小ータータンパク質によって核へと移行することで遺管の数の少ない後方で微小管を破壊して非対称性を伝子発現が制御されることが知られていた。一方で、増強するとβカテニン核局在の非対称性は増強され微小管が細胞外シグナルによって制御されることもた。反対に微小管の多い前方にレーザーを照射し、知られていた。しかし、両者のつながりは今まで示

微小管の非対称性を破壊すると、βカテニン核局在されてこなかった。我々は APC が細胞質の微小管をの非対称性も消失した。さらに微小管の非対称性が改変することで、βカテニンの核局在を制御してい失われる Wnt の変異体において、後方の微小管を破ることを明らかにした。この発見により、細胞外か壊し、微小管の非対称性を人為的に作り出すと、TCFらのシグナルが微小管の制御を介して核内の遺伝子核局在の非対称性が復活した。以上の結果から、表発現を制御するという仕組みが初めて明らかになっ層の APC が微小管の非対称性を介して、βカテニンた。同様の機構は、特に細胞外シグナルが細胞骨格核局在の非対称性を制御していることが証明された。と遺伝子発現を協調させて制御する必要のある、移動する細胞や、極性化した細胞において働いている

2. 非対称分裂に関与する新規遺伝子の同定可能性がある。

非対称分裂に関与する新規遺伝子を同定するため
RNAi 法によるスクリーニングを行った。線虫におい研究の発表ては特定の遺伝子の二重鎖 RNAi を発現する大腸菌

誌上発表を食べさせることで RNAi の効果を得ることが可能

1. K. Sugioka, K. Mizumoto and H. Sawa: Wnt

であり、線虫の 80%の遺伝子に対する RNAi library

regulates spindle asymmetry to generateが使用できる。線虫の側面に存在する表皮幹細胞はasymmetric nuclear β-catenin in C. elegans.

自己複製的非対称分裂を繰り返し行う。この幹細胞

Cell 146,942-954 2011の数の異常を指標にスクリーニングした結果、いく2. Y. Yamamoto, H. Takeshita and H. Sawa:

つかの候補遺伝子を得ることが出来た。この候補遺

Multiple Wnts redundantly control polarity

伝子が実際に Wnt 経路に関与しているか明らかにすorientation

るため、TCF の非対称核局在を調べたところ、ppk-1

epithelial stem cells. PLoS Genetics 7,

および icd-1 遺伝子の RNAi 個体で非対称性に異常がe1002308 2011

認められた。そこでこれらの遺伝子の変異体を取り寄せ TCF の局在を調べたところ、やはり異常であることがわかり、これらの遺伝子が Wnt 経路を介した非対称分裂制御に関与していることが明らかになっ

inCaenorhabditis

elegans