2021 年 2 ⽉ 26 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学
国⽴⼤学法⼈⼤阪⼤学
国⽴⼤学法⼈東京⼯業⼤学

光で繊⽑運動を調節する新規タンパク質の発⾒
繊⽑は、細胞から⽣えている⽑状の構造です。私たちの体内にも存在し、精⼦の運動や、脳、気管、輸卵管などの上⽪組織の⽔流発⽣を担っています。また、気管などの呼吸器官では、ウイルスや細菌を排除するために重要です。繊⽑の中で⼒を⽣み出し、運動を起こしているのが、分⼦モーターであるタンパク質複合体「ダイニン」です。ダイニンの働きは、化学物質や光などの細胞外からの刺激によって変化することが知られています。本研究では、海産動物であるホヤと単細胞緑藻類であるクラミドモナスを⽤いて、繊⽑のダイニンに結合してその動きを調節する、新規の光応答性タンパク質を発⾒しました。
今回発⾒されたタンパク質は、⻘⾊光の受容に関与する領域を持ち、ダイニンのモーター部分と結合することが分かりました。⽣物に強い光が当たると、細胞内に活性酸素などが発⽣し毒性を⽰します。このため、多くの⽣物は強い光を避ける傾向があります。クラミドモナスに強い光を当てると、光を避ける⾏動が⾒られ、それが⻑い時間維持されます。⼀⽅、このタンパク質を⽋いたクラミドモナス変異体は、⼀時的に強い光を避けますが、すぐに慣れて、再び光に寄っていくようになりました（順化）。つまり、本タンパク質は、ダイニンの動きを調節して、光に順化してしまうのを防⽌する役割があると考えられます。
今後、繊⽑運動の光調節機構の詳細を明らかにすることにより、将来的には、繊⽑運動を光で⼈為的に調節できる可能性も期待されます。

研究代表者
筑波⼤学⽣命環境系
稲葉 ⼀男 教授
⼤阪⼤学⼤学院理学研究科
昆 隆英 教授
東京⼯業⼤学科学技術創成研究院化学⽣命科学研究所
若林 憲⼀ 准教授
スイス・ポール・シェラー研究所
⽯川 尚 グループリーダー

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研究の背景繊⽑は細胞から突出している⽑状の構造で、波打ち運動をすることで、単細胞の移動や上⽪細胞の周りの⽔流発⽣を司っています。繊⽑の構造は、単細胞⽣物からヒトに⾄るまでの進化の過程で、⾮常によく保存されてきました。精⼦の鞭⽑も繊⽑の⼀種で、ヒトではそれ以外にも気管、脳室、輸卵管などに⽣えています。運動性の繊⽑が異常になると、⽔頭症や呼吸器不全、不妊、内臓逆位などの疾患を引き起こします。また、細胞外からの刺激の受容にも関与しており、機械刺激や化学物質などの刺激は、細胞膜に存在する受容体を介して、細胞内の情報伝達物質を変化させ、それに応答して、繊⽑運動を駆動する分⼦モーターであるタンパク質複合体「ダイニン」の働きが変化します。⼀⽅、光も、細胞外からの刺激として、緑藻類などの繊⽑の運動性に影響を及ぼすことが知られています。
研究内容と成果
今回、本研究チームは、分⼦モーターのダイニンに直接結合する新規の光受容タンパク質を発⾒しました。海産動物であるカタユウレイボヤから、精⼦鞭⽑の内腕ダイニン注１）を精製したところ、これまで知られていないタンパク質が結合していることを⾒出しました。このタンパク質には、FAD 注２）と結合し⻘⾊光の受容に関与する BLUF（sensors of Blue Light using FAD）と呼ばれる領域が含まれており、これがダイニン分⼦のモーター部分と結合していたことから、本タンパク質を「ダイニン結合 BLUF タンパク質（DYBLUP）」と命名しました。すでに明らかにされている遺伝⼦情報に基づいて解析した結果、
DYBLUP は繊⽑を持つ多くの⽣物に存在することも分かりました。
さらに、単細胞緑藻類であるクラミドモナスを⽤いて研究を進めたところ、DYBLUP は MOT7 遺伝⼦の産物であり、カタユウレイボヤと同様に、内腕ダイニンのモーター部分に結合することが分かりました。また、DYBLUP が、繊⽑を構成する微⼩管にダイニンをつなぎとめるテザーと呼ばれる構造の成分であることが明らかになりました。クラミドモナスは、通常、光に向かっていく性質がありますが、光が強すぎるとそれを避ける⾏動が⾒られ、それが⻑い時間維持されます。これは、毒性の⾼い強い光を避けるためにも重要な反応です。しかし、DYBLUP を⽋いた変異体では、⼀時的に強い光を避けるものの、またすぐに光に寄っていってしまう光への順化が起こりました（図１）。このとき、正常なクラミドモナ
スは、いったん強い光に向かいますが、すぐに２本の鞭⽑の運動性を変化させて⽅向転換し、光源から遠ざかります。⼀⽅、DYBLUP を⽋損した変異体では、この⽅向転換を⾏うための鞭⽑運動が異常になっていました（図２）。つまり、DYBLUP には、ダイニンを調節し、光に順化してしまうのを防⽌する役割があると考えられます。
今後の展開
DYBLUP のような、光によって分⼦モーターを直接調節するタンパク質は、これまで知られていません。本研究チームは、DYBLUP がいかに光情報を受容し、分⼦モーターの活性変化を起こしているのか、その分⼦機構を明らかにすべく、研究を進めています。光による分⼦モーターの調節機構が明らかになれば、繊⽑運動を光によって⾃由にコントロールできると期待されます。繊⽑は、呼吸器系におけるウイル
スやバクテリアの排除、精⼦の運動、脳脊髄液の循環など、ヒトの器官においても極めて重要な役割を果たしています。今後の研究により、光に対する⽣物の応答機構について新しい視点が開かれるとともに、将来的には、繊⽑運動を光で⼈為的に調節できる可能性もあります。

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参考図

図１ 暗室で⾏った実験の様⼦（上図）と、強い⻘⾊光に対するクラミドモナスの反応（下図）。
シャーレ内のクラミドモナスに、⽮印の⽅向から強い⻘⾊光を当てると、最初は、野⽣株、DYBLUP ⽋損株ともに光源から離れるが、⽋損株では順化が起き、60 分後にはほとんどが再び光源に向かう。

図２ DYBLUP が光順化を防⽌する仕組み。
光と反対の⽅向に移動した野⽣株は、⼀時的に光に向かう運動を⽰すが、すぐに⽅向転換して強い光を回避する。この運動調節は、DYBLUP が⻘⾊光を受容し、ダイニンとテザーの結合を安定化させることにより⽣じる。DYBLUP ⽋損株では、ダイニンとテザーの結合が不安定で、⽅向転換する運動を⾏うことができず、強い光に順化してしまう。
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⽤語解説注１）

内腕ダイニン

繊⽑のダイニンは、微⼩管上の結合位置によって外腕ダイニンと内腕ダイニンに区分される。「腕」と呼ばれるのは、その形が腕を曲げたように⾒えることに由来する。
注２）

FAD

フラビンアデニンジヌクレオチドの略。代謝酵素の補酵素として酸化還元反応に関与する。フラビンは
BLUF タンパク質において、⻘⾊光を受容する発⾊団として働く。
研究資⾦
本研究は、科学研究費基盤研究（A）、基盤研究（B）、挑戦的研究（萌芽）、特別研究奨励費、スイス
NSF、筑波⼤学研究基盤⽀援プログラム（タイプ A）他の研究プロジェクトの⼀環として実施されました。
掲載論⽂【題 名】 A dynein-associated photoreceptor protein prevents ciliary acclimation to blue light（ダイニン結合性光受容タンパク質は繊⽑の⻘⾊光順応を防⽌する）【著者名】 久冨理 1,2*、⼭本遼介 1,3*、広瀬恵⼦ 4、⽔野克俊 1,5、中桐侑平 3、今井洋 3、苗加彰 6、JaganMohan Obbineni6,7、Noemi Zimmermann6,8、中島昌⼦ 9、柴⽥⼤輔 1、柴⽥珠杉 1、柴⼩菊 1、
北将樹 10,11、⽊越英夫 10、⽥中優⾐ 3、⼭﨑 裕也 3、朝⽐奈佑磨 9,12、宋致宖 13、野村真未 1、
野村守 1、中島綾⼦ 1、中地美都 1、⼭⽥⼒志 14、中澤志織 14、澤⽥均 14、村⽥和義 13、光岡薫
15、⽯川尚 6,8、若林憲⼀ 9,12、昆隆英 3、稲葉⼀男 1**

1

筑波⼤学⽣命環境系／下⽥臨海実験センター、2 ⼭梨⼤学医学部、3 ⼤阪⼤学⼤学院理学研究科、

4

産業技術総合研究所、5 福井⼤学医学部、6 スイス・ポール・シェラー研究所、7 インド・ベロー

ル⼯科⼤学、8 チューリッヒ⼯科⼤学、9 東京⼯業⼤学科学技術創成研究院、10 筑波⼤学数理物質系、11 名古屋⼤学⽣命農学研究科、12 東京⼯業⼤学⽣命理⼯学院、13 ⽣理学研究所、14 名古屋⼤学
理学研究科、15 ⼤阪⼤学超⾼圧電⼦顕微鏡センター、*共同筆頭著者、**責任著者【掲載誌】 Science Advances【掲載⽇】 2021 年 2 ⽉ 26 ⽇
【DOI】

10.1126/sciadv.abf3621

問合わせ先【研究に関すること】
稲葉 ⼀男（いなば かずお）
筑波⼤学⽣命環境系／下⽥臨海実験センター 教授
URL: https://inaba-lab-shimoda.jimdofree.com【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

4⼤阪⼤学理学研究科庶務係
TEL: 06-6850-5280
E-mail: ri-syomu@office.osaka-u.ac.jp
東京⼯業⼤学総務部広報課
TEL: 03-5734-2975
E-mail: media@jim.titech.ac.jp

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