特集

マイコプラズマ・モービレの滑走運動
宮田
菌体構造

はじめにマイコプラズマ（Mycoplasma）属は真正細菌の中のごく小さなグループであるモリクテス（Mollicutes）綱
1)

真人

図1①

菌体は極性を持ち，常に細い側に向かって滑走する．極性というよりも，菌体あたり必ず一つの滑に属している ．モリクテス綱は枯草菌などに代表され走装置が形成されている，と表現した方が正しいかもしるフィルミクテス（Firmicutes）門から，高等動植物にれない．①の部分に滑走に必須な表面構造が存在する．

寄生することで進化してきたと考えられ，ヒトマイコプ

図1②

菌体膜を界面活性剤で除去すると特徴的なラズマ肺炎で知られるように多くは病原性である．ペプ構造が現れる 12)．内部構造前方は，六角柱の部屋が集合

チドグリカン層を持たず，菌体は小さくて柔軟である．

した蜂の巣の様な構造になっている．蜂の巣構造からは一般的にペプチドグリカンは浸透圧ストレス，捕食者，粒子がネックレスのようにつながった構造が菌体後方にウイルスなどからバクテリアの身を守っていると考えら向かって伸びている．

れるが，寄生時には宿主の自然免疫の標的となる．モリ滑走装置

クテス綱は，たとえ危険にさらされても自然免疫から逃れる道を選んだと思われる．多くのバクテリアは，べん

図 1 ③④内部構造は約 10 種類のタンパク質から毛の回転や（本特集 4 号の曽和ら 2)，伊藤 3)，西山ら 4)，構成され，そのうち七つはゲノム上の同じローカスに中村 5)，5 号の田岡ら 6)）線毛の伸縮によって動く（本特コードされている  ．驚いたことにそれらのタンパク集 5 号の福島ら 7)，中根ら 8)）．しかし，これらの運動能質のうち二つ，MMOB1660 と 1670（以下，遺伝子コーはペプチドグリカン層を必要とするため，モリクテス綱

ドから MMOB を省略）は，バクテリアの細胞膜やミトには存在しない．代わりに彼らは，3 種類のユニークなコンドリアや葉緑体の内膜に存在し，プロトン駆動力を．それらは，マイコプラズマ・用いて ATP 合成を行う ATP 合成酵素とアミノ酸配列でモービレ（Mycoplasma mobile）（以下，モービレと略）

約 35％を超える相同性がある．さらに興味深いことに，の滑走運動，マイコプラズマ・ニューモニエ
（Mycoplasma

1670 には 1 末端側に約 300 アミノ酸からなるユニークpneumoniae）の滑走運動，スピロプラズマ（Spiroplasma）な配列のドメインが融合している（③の縦じま部分．相属の遊泳運動である．これらは，目で見てすぐにわかる

同性はこの部分を除外した数字）．④で示すように ATPような速い動きで，それぞれ 4，1，5 マイクロメートル合成酵素では，プロトンをサブユニット a と c を通すこ運動能を獲得している毎秒にまで達する．<RX7XEH で P\FRSODVPDJOLGLQJ やとでサブユニット c と Ȗ を回転させ，サブユニット Į と ȕVSULRSODVPD VZLPPLQJ などで検索すると筆者らが公からなる六量体に構造変化を起こすことで ATP を合成開したものを含む多くのビデオが視聴できる．モービレする．また，逆反応によりプロトンを輸送する場合もあとニューモニエの滑走運動では，菌体の細い側に形成さる．モービレのタンパク質の説明に戻ると，③で示す残れる滑走装置により，宿主細胞やガラスなど固形物表面

り五つのタンパク質には ATP 合成酵素とのアミノ酸配にはりつき，はりついたまま滑るように常に装置の側に列上の相同性はないが，コイルドコイルの位置や，膜に9–11)．これら 2 種類の運動能には共通

対するトポロジーに ATP 合成酵素の他のサブユニット点もあるが，滑走装置タンパク質にまったく類似性がなとの類似性がある  ．モリクテス綱ゲノムにおけるいため，収斂進化であると考えられる．化学走性などはATP 合成酵素の分布も興味深い 14)．これまで三つのホ観察されないが，宿主組織表面を拡散するだけでも感染モログがゲノム上に分布していることが見つかっておの可能性は広がると思われる．筆者らは 1997 年にモーり，7\SH，7\SH，7\SH と名づけられている．7\SH

ビレの滑走運動の研究を始め，現在では 3 種のモリクテ

1 は ATP 合成酵素そのものである．モリクテス綱は呼吸鎖を持たず，ATP は解糖系などで合成している．そのため，7\SH  は ATP を用いて膜電位を維持する役割を果たしていると考えられている．7\SH  は滑走装置内部構

向かって滑走するス綱運動能それぞれを研究している．本稿では研究のもっとも進んでいるモービレを図 1 の項目①から⑧，そして図 2 を説明しながら議論する．
著者紹介

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大阪市立大学大学院理学研究科（教授） (PDLOPL\DWD#VFLRVDNDFXDFMS

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運動マシナリーの多様性から見えるもの（前編）造で，モービレタイプの滑走運動を示す種にのみ存在しまた，単離した粒子は ATP 加水分解活性を示した．こている．7\SH  は滑走運動を示さないものを含めて多く

れらのことは，内部構造が立体構造上も ATP 合成酵素の種に存在しているがその役割は不明で，遺伝子の構成に類似しており，その粒子こそが滑走のための力を発生

やアミノ酸配列は 7\SH に近い．

するモーターであることを示している．

図1⑤

ネックレス構造は菌体あたり約 30 本存在

図1⑥

表 面 に は *OL，*OL，*OL と 名 づし，長さは約 500 ナノメートル，そして 32 ナノメート

けた 3 種類のタンパク質が菌体あたり約 450 分子ずつ存ルの周期で粒子が並んでいる．すなわち菌体当たり約在しており，これはモーターの数とよく一致する 15–17)．

450 の粒子が存在することになる．ネックレス構造は，それぞれの名称は KDa であらわした質量に由来する．

滑走装置膜の直下に存在し，細胞膜に向かう架橋が観察

これらのタンパク質のサイズについては，機能する際にされる．ネックレスの粒子を単離して電子顕微鏡で観察

共有結合でないと持ちこたえられない大きな張力がかかすると，それぞれが長方形の枠で回転対称につながったる，あるいは，菌体の外に輸送する際にひとつづきだと二つの六量体で構成されていること，六量体は ATP 合有利，などが理由として考えられる．分子数とサイズか成酵素の六量体部分とよく似ていること，などがわかる．

ら，これらのタンパク質は滑走装置表面に規則正しく並

図 1．モービレ滑走装置と力伝達．上段右：菌体の全体像，菌体は長さ 1 マイクロメートル弱，直径  マイクロメートルくらいである．上段左：ATP 合成酵素の模式図．中段：滑走装置の拡大図，下段：滑走装置内部構造タンパク質の遺伝子群．※学会 HP のPDF ではカラーで表示されます．

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特集

んでいるものと思われる．三つの巨大タンパク質それぞ示している．この協働性は内部のモーターのつながりにれを単離して観察すると，⑥に示すような特徴的な形状よって得られているのかもしれない．遊離のシアル酸オであった．*OL は全長が 97 ナノメートルの音楽の八リゴ糖を加えながら溶液の粘度をあげるか，あるいは菌分音符（♪）の形状で，43 ナノメートルの細くきわめ

体を光ピンセットで保持するなどして，滑走を続けさせ．*OL は全長が 121 ナ

ると，ステップ状の滑走が観察されるようになる  ．

ノメートルのクエスチョンマーク（？）のような形状で，このステップ状の動きはすなわち，モービレのあしの一て柔らかいドメインを持つ

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．モノク

歩の動きを反映していると考えられる．歩幅は約 70 ナ

ローナル抗体，変異体，原子間力顕微鏡などの解析から，ノメートルで，ATP を加水分解しながら滑り運動を行*OL が滑走のための あし ，*OL はあしに力を伝える クランク ，*OL は他の二つのタンパク質を固定

うミオシンなどのモータータンパク質より 10 倍程度大硬いロッドが蝶番でつながった構造である

する マウント の役割を果たしていることが示された．

オーダーが一致している．逆に力は ± 程度と弱い．
これらの数字は内部のモーターで生じた動きがギヤやメカニズム
図1⑦

きく，この値はあしやクランクのタンパク質の長さとチェーンのような構造で増幅されたのちに滑走に用いら動物細胞表面のタンパク質や脂質の多くにれていることを示唆している．では，内部構造でどのよはオリゴ糖が修飾されている．そしてこれらオリゴ糖のうな動きが発生し，それがどのようにしてフットまで伝先端に存在する糖のグループが，シアル酸である．モーわっているのだろうか？滑走のモーターの祖先が ATP

ビレ，そしてマイコプラズマ・ニューモニエも，シアル合成酵素ということから，内部構造の Ȗ サブユニットに酸オリゴ糖の構造を認識して結合し，滑走する 21–23)．シ

似ているタンパク質の回転がそのままに膜を横切って外アル酸オリゴ糖はインフルエンザウイルスなど，さまざ部に到達し，クランクの働きにより反復運動に変換されまな感染因子の結合標的としても知られている．モービることが想像されるが，構造は複雑であるため，答えはレの結合は *OL タンパク質先端のドメイン，すなわそう単純ではなさそうである．

ちフットと名づけた部分で起こる

．菌体が前方にATP 加水分解とのカップリング

滑走するためには，つかんだシアル酸オリゴ糖を離さなければならない．エネルギーが枯渇してガラス上に止図2

このモデルはこれまでに得られている実験結まってしまった菌体を前方向，あるいは後ろ方向に引っ果をよく説明する  ．（a）ではあしがシアル酸オリゴ張ると，前方向に引っ張った時には後ろ方向の半分の力糖をつかむことで滑走装置に張力が伝わる．張力に反応で菌体がガラスから外れることからフットの結合に方向して装置はあしを引っ張り，同時に ATP 加水分解反応25)性があることがわかる ．フットは *OL の 43 ナノメーが進み（b）へ移行する．（b）では引っ張りを終えたあトルの柔らかいドメインの先端についているので，菌体しが，他のあしが菌体を進めるために前方に引きずられの方向性がどのようにしてフットに伝わっているかは謎（c）に移行する  ．引っ張られることでさらに加水分である．他の分子のフットやそれ以外のタンパク質と結解サイクルは進む．新しい ATP 分子のモーターへの結合して方向性を保っているのかもしれない．

合によりフットが構造変化を起こし  ，シアル酸オリ図1⑧

滑走しているモービレに界面活性剤をかけゴ糖を離して（d）へと移行する．ATP 加水分解反応がると膜にダメージが与えられ，モービレはガラス上で停進むことでフットはシアル酸オリゴ糖をつかめるように止する．さらに酵素で '1$ と 51$ を除去するとモービなり，フットは熱ゆらぎの中で適切な位置のシアル酸オレの亡骸， ゴーストができる．ゴーストは ATP を添加すると数秒以内に生きている時と同じ速度で滑走するようになるため，滑走の直接のエネルギー源が ATP であリゴ糖をつかみ，次サイクルの（a）へと戻る 30)．
進化的考察

ることがわかる  ．ATP を加水分解して生じた内部構

以上に解説した事実は，モービレの滑走運動が，ATP造の動きが装置表面に伝わり，さらにクランクを伝わっ合成酵素と接着タンパク質との接触で生じてきたことをて，あしを動かすのであろう．*OL 分子は菌体あた示唆している．また，冒頭で触れたスピロプラズマの遊り約 450 も存在するため，モービレの動きはスムースで泳運動は，バクテリアにおけるアクチンのホモログでゲある．しかし，遊離のシアル酸オリゴ糖を加えると，働ノムやペプチドグリカン合成酵素の分配を行う MreB のくあしの数が減るため，菌体は左右に大きく振れるよう構造変化から進化したものと考えられる．
「特集によせになり，さらにはガラスから外れてしまう 22)．このことて」で言及したように，これまでに 18 種類の運動能がはスムースな動きにはあしの協働性が必要であることを見つかっているが，その中でも直近の起源が容易に想像

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運動マシナリーの多様性から見えるもの（前編）モリクテス綱がペプチドグリカン層合成を捨ててしまったことと関係がありそうである．すなわち，表層に硬いペプチドグリカン層がないので，細胞内部で行われる細胞維持活動の際に生じる力を表面に伝えるだけで運動能が獲得できるからである．実際，真核生物も多様性という観点で言えばごく小さなグループであるが，8 種類もの独立した運動能を獲得している．
謝辞

共同研究者と研究者諸兄のお陰で，有意義な研究結果と議論を展開できたことに感謝します．ここで解説した研究は，文科省科研費新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」（24117002，24117001）と文科省科研費，基盤研究 A（17H01544），基盤 B（24390107），大阪市立大学戦略的研究・重点研究の支援により行われました．

文図 2．滑走サイクル．
（a）から（d）の 4 つのステージから構成される．四角で囲った ATP などの文字はモーターに結合しているヌクレオチドを示す．1，2，3 の数字はガラスの位置を示す．※学会 HP の PDF ではカラーで表示されます．

できるものは少数であることを考えると，モリクテス綱の運動能はますます興味深い．モリクテス綱のバクテリアのほとんどが高等動植物に寄生していることから，モリクテス綱の発生はカンブリア大爆発以降，さらにその運動能の歴史がごく浅いことが想像される．また，モリ献  +XJ/$et al.Nat. Microbiol.1  2) 曽和義幸，笠井大司：生物工学，96  3) 伊藤政博：生物工学，96  4) 西山雅祥ら：生物工学，96  5) 中村修一：生物工学，96  6) 田岡 東，福森義宏：生物工学，96    （印刷中）
7) 福島俊一，春田 伸：生物工学，96    （印刷中）8) 中根大介，西坂崇之：生物工学，96    （印刷中）  0L\DWD0et al.Curr. Opin. Microbiol.29    0L\DWD0et al.Front. Microbiol.7    0L\DWD0Annu. Rev. Microbiol.64    1DNDQH ' et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA    7XOXP,et al.J. Bacteriol.196    %HYHQ/et al.PLoS One7H    8HQR\DPD$et al.J. Bacteriol.186    6HWR6 et al.J. Bacteriol.187    8HQR\DPD$et al.J. Bacteriol.187    $GDQ.XER-et al.J. Bacteriol.188    0L\DWD0 /HQ]3HGV  Cell Motility6SULQJHU
   1RQDND7et al.J. Bacteriol.192    .DVDL7et al.J. Bacteriol.197    .DVDL7et al.J. Bacteriol.195    1DJDL5et al.J. Bacteriol.188    8HQR\DPD$et al.J. Bacteriol.191    7DQDND$et al.MBio7H    8HQR\DPD$ et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102    .LQRVLWD<et al.Proc. Natl. Acad. Sci. USA111
   0L]XWDQL0et al.Biophys. J.114    &KHQ-et al.Biophys. J.97    0RULR+et al.J. Bacteriol.198  

クテス綱はごく小さなグループであるにもかかわらず，三つもの独立した運動能を獲得している．このことは，

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