2022 年 10 ⽉ 24 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学

クシクラゲの泳ぎを⽀える櫛板の⼆段構造を解明
クシクラゲは、⼀般によく知られているクラゲ（刺胞動物）とは異なり、刺胞のない有櫛（ゆうしつ）動物に属する海洋⽣物です。クシクラゲの⼤きな特徴は、光の反射により虹⾊に輝く運動器官「櫛板（くしいた）」を持つことです。櫛板は、私たちの気管で異物を排除するために絶えず動いているものと同じ「繊⽑」が数万本束ねられた巨⼤な構造をしており、⾁眼でも⾒ることができます。
本研究では、巨⼤な櫛板がどのようにできているのかを知るために、クシクラゲの⼀種であるカブトクラゲを⽤いて、繊⽑を束ねているタンパク質に着⽬しました。その結果、繊⽑間にある架橋構造に存在し、有櫛動物にしか存在しない新規のタンパク質を発⾒し、CTENO189（テノ 189）と命名しました。本研究チームが 2019 年に発⾒した同様のタンパク質 CTENO64 は、櫛板の根元部分にしか存在しませんが、今回発⾒した CTENO189 は、櫛板の残りの部分全体に存在し、両タンパク質の存在領域には明確な境界が⾒られました。さらに、CTENO64 が櫛板内の個々の繊⽑の⽅向を決め、櫛板が平⾯的に打つために必要であるのに対し、CTENO189 は⽔の流れを⼀⽅向に効率よく起こす役割を持っていることを明らかにしました。つまり、櫛板は、構造的にも機能的にも⼆段構造をとっているということになります。本研究成果は、ヒト繊⽑病の理解をはじめ、⽔中マイクロマシーンの開発など、多岐にわたる応⽤の可能性が期待されます。

研究代表者
筑波⼤学⽣命環境系
稲葉 ⼀男 教授!
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研究の背景クシクラゲは世界に 150 種類ほど⽣息する海洋⽣物で、分類上は有櫛（ゆうしつ）動物に属します。
クラゲという名前がつきますが、海の中をゆらゆらと漂い、触ると刺されてしまうクラゲ（刺胞動物）とは異なる系統の動物です。最近の研究により、クシクラゲはもっとも祖先的な動物の⼀群であることが分かっています。クシクラゲの⼤きな特徴は、櫛板を遊泳器官として有することです（参考図左上）。櫛板は、繊⽑が数万本束ねられた巨⼤繊⽑で、個々の繊⽑は、ヒトの気管や卵管の表⾯、精⼦に存在する繊⽑と同じ構造を持っています。体⻑ 10 センチメートルほどのクシクラゲの体には、幅が 1 ミリメートルほどにもなる透明な板状構造の櫛板の列が８本あり、これらをパタパタと波打つことにより⽔流が発⽣し、⽔中を移動します。⼀⽅、クシクラゲは他の動物には存在しない特徴的な神経系を持つことが明らかにされつつありますが、この動物を特徴付ける櫛板がどのような分⼦からいかに形成されるのかはほとんど分かっていません。
本研究チームは 2019 年に、櫛板内で繊⽑を架橋する、クシクラゲに特徴的なタンパク質 CTENO64 を発⾒しています。しかし、このタンパク質が存在しているのは櫛板の近位側（根元側）部分のみで、遠位側（先端側）の架橋構造がどのようなタンパク質からできているのかは不明のままでした。
研究内容と成果
まず、独⾃に取得した櫛板構成タンパク質データ、他の⽣物で作成した繊⽑を構成するタンパク質のデータベース、および櫛板形成細胞で発現している遺伝⼦リストから、櫛板に特異的に存在する 21 個の候補タンパク質を絞り込みました。この中から、櫛板に多量に存在し他の⽣物には存在しない、分⼦量189,000 の新規のタンパク質を選び、解析を進めました。その結果、このタンパク質が櫛板内で繊⽑を架橋する構造に局在すること、CTENO64 が存在しない先端側の櫛板領域に存在することを明らかにし、CTENO189 と命名しました。さらに、CTENO64 と CTENO189 が存在する領域は重なることなく明瞭に区画化されていることから、櫛板は、⼆つの全く異なる繊⽑架橋構造の段階的な組み合わせにより形成されていることが明らかになりました（参考図右上）。
次に、CTENO189 のタンパク質発現を抑制する物質であるモルフォリノオリゴを受精卵に注⼊し、CTENO189 が⽋損した幼若個体を作製しました。正常な個体では、繊⽑が架橋構造で連結することにより配向の揃った六⽅配置をとっています。この配置により、繊⽑が櫛板内で協調して⾮対称波注１）を伝播させることができ、櫛板列の周りに⼀⽅向の⽔流が⽣じます。また、櫛板の列⽅向に並んだ櫛板どうしは少しずつ周期をずらしながら進む波、すなわち半同調波（メタクローナル波）注２）を伝え、効果的に⼀⽅向の⽔流を起こします。しかしながら、CTENO189 が⽋損すると、先端側の繊⽑間の架橋構造が消失し、個々の櫛板の波形は対称波になるだけでなく、メタクローナル波を発⽣させることができなくなることが分かりました。本研究チームはこれまでに、CTENO64 を⽋損する個体では、櫛板を構成する繊⽑の配向が変わり、平⾯波を作ることができず三次元的な波を⽣じてしまうことを明らかにしています。これらの知⾒から、櫛板には、CTENO64 が繊⽑を連結している近位側と、CTENO189 が繊⽑を連結している遠位側の、⼆つの領域が存在し、互いに役割分担して平⾯の⾮対称波を維持し、メタクローナル波を伝播させていることを突き⽌めました（参考図下）。
今後の展開本研究チームは、クシクラゲに特異的な、櫛板内で繊⽑を連結している構造の全貌を明らかにすべく研究を進めています。さらに、このような巨⼤化した繊⽑複合体である櫛板が、いかにしてクシクラゲに獲得されたのか、また、流体⼒学的にどのような利益があるのかを明らかにしていきます。これにより、有2櫛動物の進化プロセスの解明に役⽴つとともに、繊⽑に異常が⽣じて体内の溶液の流れが異常になるヒト繊⽑病の理解、虹⾊の構造⾊が発⽣する光学的な仕組みの活⽤、⽔中マイクロマシーンの開発など、多岐にわたる応⽤の可能性が期待されます。
参考図

図 クシクラゲの櫛板の構造と今回明らかにした構造的・機能的⼆段構造
クシクラゲの体には８列の櫛板列が存在する（図左：写真と模式図はクシクラゲの１種、カブトクラゲ）。各櫛板列には数⼗枚の櫛板（図上中央）が並んでいる。これらがパタパタと波打つことにより周囲に⽔流が⽣じ、⽔中を進むことができる。櫛板は多数の繊⽑が束ねられてできており（図右上）、その根元側（図右上：緑⾊部分）と先端側（図右上：⻘⾊部分）がそれぞれ CTENO64 と CTENO189 という異なる繊⽑架橋タンパク質で構成されることが分かった。CTENO189 は、櫛板内の繊⽑の正しい配置や、⾮対称波の伝搬において重要である（図右下）。
⽤語解説
注１）

⾮対称波

繊⽑の周期的な運動は、ほぼ真っ直ぐに⽔⾯を打って推進⼒を⽣む有効打と、抵抗を受けないように屈曲して元の位置に戻る回復打からなる。この⾮対称な波の周期的運動により⼀⽅向に⽔流が⽣じる。これに対し、例えば直進している精⼦の鞭⽑では、両⽅向に等しく屈曲が⽣じる対称波を⽣成する。
注２）

メタクローナル波

半同調波ともいう。繊⽑が⽣えている上⽪組織では、隣接する繊⽑が将棋倒しのように少しずつ位相をずらしながら波打つ。繊⽑列⽅向に溶液や粒⼦を⼀⽅向に効率よく運搬する性質がある。
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研究資⾦
本研究は、科研費 基盤研究（B）、挑戦的研究（開拓）、新学術領域研究、および特別研究員奨励費による⽀援を受けて実施されました。
掲載論⽂【題 名】 Two distinct compartments of a ctenophore comb plate provide structural and functional
integrity for the motility of giant multicilia（クシクラゲ櫛板内の⼆区画化により巨⼤繊⽑体を動かす構造的・機能的統合が可能になる）【著者名】 Kei Jokura（城倉圭）, Yu Sato （佐藤友）, Kogiku Shiba （柴⼩菊） , Kazuo Inaba （稲葉⼀男）【掲載誌】 Current Biology【掲載⽇】 2022 年 10 ⽉ 21 ⽇
【DOI】

10.1016/j.cub.2022.09.061

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】
筑波⼤学広報局
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

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