Jpn. J. Protozool. Vol. 40, No. 2. (2007)

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Mini Review

原生動物ミオシンの魅力
杉田真希*, 中野賢太郎, 沼田治
筑波大学大学院生命環境科学研究科生物科学専攻〒305-8572 茨城県つくば市天王台1-1-1

Atractive myosins in Protozoa
Maki SUGITA*, Kentaro NAKANO and Osamu NUMATA
Biological Sciences, Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba,
Ibaraki 305-8572, JapanSUMMARY
Myosin is an eukaryotic motor protein interacting with actin filaments. It is categorized into 24
classes by based on the conserved motor domain. Each myosin possesses divergent functions via characteristic domains in a tail. Most of the intercellular functions of myosins have been studied in metazoancells. For example, myosins function in cytokinesis, phagocytosis, cell migration and cargo transport. Inaddition, some myosins are involved in regulating signal transduction. It has recently been uncoveredthat several novel types of myosins function in Protozoa and exert in unique cellular function. In thismini review I would like to introduce the attraction of protozoan myosins.

はじめに細胞の形態維持や運動には、細胞骨格の働きが重要である。主要な細胞骨格であるアクチンは、モータータンパク質であるミオシンと相互作用することによって、細胞質分裂やファゴサイトーシス、細胞移動、そして物質輸送やシグナル伝達などの様々な働きをしている (Soldati, 2003 ; Krendel and Mooseker,2005 らによる総説) 。これらのミオシンの細胞内機能は後生生物でよく研究されてきたが、原生動物に*Corresponding author
Tel/Fax: +81-29-853-4530
E-mail: makimaki@mail2.accsnet.ne.jp
Received: 15 January 2007

おいても、細胞質分裂やファゴサイトーシスなどの生命現象にミオシンの働きが重要であることが明らかになりつつある。さらに、今まで知られていなかったユニークなアクチンやミオシンの性質が続々と 原 生 動 物 か ら 発 見 さ れ て い る。こ の ミ ニ・レ
ビューでは、原生動物のミオシンを中心とした細胞骨格系の多様性とその魅力について紹介したい。

多様なミオシン
現在150種類以上のミオシンが発見されており、それらはアミノ酸配列から24のクラスに分類されている (Foth et al., 2005)。ヒト Homo sapiens は12クラスにわたる41種類、細胞性粘菌 Dictyostelium discoideum
は6クラス13種類、出芽酵母 Saccharomyces cerevisiae

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図 1 代表的なミオシンの形状とその特徴及び細胞内での働き。濃い楕円はモータードメインを示す。
図中に軽鎖は示していない。

は3クラス5種類のミオシン遺伝子を持つ (Soldati,
2003 による総説) 。大半の生物は、生物種及び細胞種ごとの生命活動を円滑に行なうために、クラスの異なる複数のミオシン遺伝子を備えている (図 1)
ミオシンのアミノ酸配列の1次構造は、頭部、頸部、尾部の3部位に分けることができる。最もN末端側の頭部は、アクチン結合部位やATPaseの活性中心を持つモータードメインで、ミオシン全体でよく保存されている。中央の頸部には軽鎖が結合するIQ モチーフがあり、ミオシンの活性制御に関与している。そして尾部には、各クラスのミオシンに特有の機能ドメインがある。頭部の保存された配列について分子系統樹を作製した結果は、尾部の機能ドメインに基づいてグループ分けした結果とほぼ等しい。
そのため、各クラスのミオシンは、進化の過程において、それぞれに特徴的な機能を徐々に獲得してきたと考えられる。

原生動物のミオシン
原生動物には、テトラヒメナやゾウリムシなどの繊毛虫、マラリア原虫やトキソプラズマなどの寄生原虫 (アピコンプレクサ) 、アメーバなどが含まれ、それらのミオシンについての詳細な機能解析は、昨今のゲノム解読から得られる情報をもとに着手されたばかりである。例外としては、古くから細胞質分裂や細胞運動におけるミオシンの働きがよく解析されてきた細胞性粘菌 D. discoideumが挙げられる。こ れ ま で の 研 究 か ら、テ ト ラ ヒ メ ナ Tetrahymena thermophila (Hosein et al., 2005) や、マラリア原虫 Plasmodium falciparum (Chaparro-Olaya et al.,2005) 、トキソプラズマToxoplasma gondii (Delbac etal., 2001; Herm-Götz et al., 2002) において、一部のミオ シ ン の 機 能 が 解 析 さ れ て い る。そ の 他 に も、
Cryptosporidium parvum (Wetzel et al., 2005) 、 Gregarina polymorpha (Heinzeiman, 2004) 、 Babesia bovis(Lew et al., 2002) などの原生動物がミオシンを持っていることが報告されている。
繊毛虫、アピコンプレクサ、渦鞭毛藻からなるアルベオラータと、珪藻やラビリンチュラを含むストラメノパイルは、進化系統的にクロムアルベオラータ生物群を形成している。この生物群は、クラスXIV，XXII，XXIII，XXIVに属する極めて特徴的なミ オ シ ン を 持 っ て い る (Foth et al., 2005) 。珪 藻
Craspedostauros australis (Poulsen et al., 1999) と、ラビ
リンチュラ Labyrinthula sp. (Preston and King, 2005)
ではミオシン遺伝子の存在は確認されていないが、ミオシン阻害剤がそれらの細胞運動を抑制することが知られている。一方、アピコンプレクサ類は、その分類群中にヒトや家畜を宿主とする寄生虫を数多く含むため、研究がよく進んでいる。これらの生物群の細胞運動の仕組みを明らかにすることは医学的に重要であり、細胞学的にも興味深い。アピコンプ
レクサ類では、分裂に関与するミオシン (Delbac etal., 2001) や、宿主への侵入の際に重要な運動であるGliding motility に関わるミオシン (Herm-Götz et al.,2002) が見つかっている。これらのミオシンは、機能を決定するべき尾部が非常に短いという点で、多様なミオシンの中でも異色を放っている。Gliding motility に関わるミオシン MyoA は、短い尾部で MTIP(Myosin Tail Interacting Protein) と複合体を形成し、Jpn. J. Protozool. Vol. 40, No. 2. (2007)

図 2 アピコンプレクサにおける Gliding motilityの模式図。ミオシン MyoA は、アクチンを介して細胞表層の糖タンパク質を白矢印の方向に動かす。その結果、虫体の黒矢印方向への細胞運動が生じる。

IMC (Inner Membrane Complex) と呼ばれる内膜系と結合している。一方、アクチン繊維は糖タンパク質を介して細胞表面の接着因子と結合している。寄生虫は、その接着因子で基質 (宿主の細胞表面) に結合し、アクチンとミオシンを相互作用させることで、滑走運動を行なう (Soldati and Meissner, 2004; Baum etal., 2006らによる総説) (図 2) 。

繊毛虫テトラヒメナの新規ミオシンMyo13
尾部に特徴的な機能ドメインを持つミオシンは、
繊 毛 虫 テ ト ラ ヒ メ ナ に も 見 ら れ る (Williams andGavin, 2005 による総説; 著者ら、未発表結果) 。最も一般的に知られているクラスIIミオシンは、筋収縮や動物細胞の細胞質分裂に働く。テトラヒメナは、動物細胞と同様な収縮環による細胞質分裂を行なうと考えられてきた (Yasuda et al., 1980) 。しかし、 T.
thermophilaでは13種類のミオシン遺伝子が発現しているにも拘らず、クラスIIに属するミオシンは存在しない。そのため、どのミオシンが収縮環の駆動力とな っ て い る の か は 不 明 で あ る。テ ト ラ ヒ メ ナ のMyo13 は、尾部にやや長いコイルドコイルドメインを持っているため (図 3) 、双極性のミオシンフィラメントを形成し、強い収縮力を生み出す可能がある。そのためテトラヒメナにおいては、Myo13がクラスIIミオシンと同様の機能を有し、細胞質分裂に働くことが予想された。
そこで、抗Myo13抗体を作製し、蛍光抗体法によりMyo13の局在性を調べた。意外なことに、Myo13は口部装置と細胞肛門に局在していた。これまでに細胞肛門については、その構造や機能制御についての知見が乏しい。我々は、Myo13を細胞肛門のマー

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図 3 T. thermophila のミオシンの1次構造。当研究室では Myo11 と Myo12の一部を除いた全てのミオシンについて、 cDNA をクローニングし発現を確認した (岩滝ら、原生動物学会誌第37巻, 2004) 。それらから推定されるアミノ酸配列について BLAST 検索によりドメインを予測した。クローニングをしていない領域についてはゲノムから予測したアミノ酸配列を用いた。

カーとして利用することで、アクチン重合を阻害したときに細胞肛門が大きく開口することを発見した。このことは SEM による観察からも支持された(図 4) 。さらにこの細胞では、排出される食胞膜のリサイクリングが異常になり、余った食胞膜が開口部から突出することもわかった (著者ら、未発表結果) 。
一方、テトラヒメナのミオシン Myo1 は、食胞の細胞内輸送に働いていることが報告されている

図 4 T. thermophila のSEM像
Control, 細胞肛門の形状はスリット状である。右上は細胞肛門の拡大図。 +Lat-B, アクチン重合阻害剤であるLat-B処理によって細胞肛門が大きく開口している様子。矢印は細胞肛門開口部からの膜状の突出物を示している。細胞は表面を観察しやすいように脱繊毛してある。

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原生動物学雑誌 第 40 巻 第 2 号 2007 年(Hosein et al., 2005) 。 Myo1 は、脂質膜と結合し得る尾部の FERM ドメインを介して食胞膜に結合し、輸送すると考えられる。 FERM ドメインを尾部に持つミオシンはクラス Ⅳ, Ⅶ, Ⅹ, ⅩⅡ, ⅩⅤ等が知られており、テトラヒメナの Myo1, 2, 5, 7, 9 にも見られる。膜代謝の活発なテトラヒメナでは、細胞内の膜輸送に関与するミオシンの種類が多いことは合理的だと思われる。

おわりにいまだに多くの原生動物のミオシンの機能解析は手付かずの状態にある。さらに、エクスカベータの一 種 で あ る ト リ コ モ ナ ス Trichomonas vaginalis(Pereira-Neves and Benchimol, 2006) の細胞質分裂や、紅藻 Cyanidium caldarium RK-1 (Takahashi et al., 1998)のファゴサイトーシスにはアクチンが関わっていることが報告されているが、これらの生物のゲノムにはミオシン遺伝子は存在しないようである。これらの生物のアクチンがどのようにして力を発揮しているのかは謎に包まれている。今後、進化とともに機能を多様化させた原生動物の、ミオシンをはじめとするアクチン細胞骨格の機能解析に興味を持たれる方が増えることを期待したい。

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