1. はじめに
マイコプラズマは,京都の舞妓さんがプラズマ放電で光っている状態ではなく，寄生性，あるいは病原性のバクテリア(細菌)の1グループを指す. 生物学では, （1）最小の細胞と遣伝情報を持つ, （2）ヒト肺炎の病原菌, （3）動物細胞のコンタミ菌、として知られている. これまでに200種類以上が見つかっているが，一般的にマイコプラズマは，宿主組織の表面にはりつく能力に長けている.  12種類が細胞の片側に膜突起を形成し，その突起部分で動物細胞やガラスなど固形物の表面にはりつき、突起のある側に向かって滑るように動く(図1A)¹~6. この動きを“マイコプラズマの滑走運動”といい，それは長時間撮影ではじめて捉えられるようなものではなく、リアルタイムのビデオで実感できるレベルである(http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/~miyata/myco1.htm).その速度はは，最速種のMycoplasma mobile （マイコプラズマ•モービレ,以下, M. mobileと略）では哲秒2.5–4 μmで,ヒトに肺炎を起こすMycoplasma pneumoniae （マイコプラズマ・ニューモニエ,以下, M. pneumoniaeと略）では毎秒0.5–1 μmである.一見多様に見える生物の運動も，そのメカニズムは実は多様ではない．現在までによく知られているものは２つである．ひとつはATPなどのヌクレオチドを加水分解してモータータンパク質がレールタンパク質の上を動くもので、筋肉、鞭毛，アメーバ運動など，真核生物の運動のほとんどがこれに相当する.もうひとつは,バクテリアのべん毛の基部に存在するモーターで、このモーターは細胞外部から内部へのイオン通過に伴うエネルギーで回転する.マイコプラズマの滑走運動はそのどちらにも属さないユニークなもので，ごく最近まではそのメカニズムは全くの謎であった.著者らは1997年以来, 主に最速種であるM. mobileを用いてこの謎に挑戦してきた. その内容は2006年にも本誌にて紹介する機会をいただいたため®、本稿ではそれ以降に明らかになった部分に焦点をあてて解説する.
2. 滑走の装置
2.1概要装置は４つのタンパク質, Gli123, Gli349, Gli521, P42から構成される7~10.そのうち3つはタンパク質としては異例の大きな分子量を持つため,名称に分子量をあらわした.すなわち,  Gli123は123kの分子量を持つ. 滑走における役割は，それぞれ以下のように考えている. Gli123：他のタンパク質を正しい位置に配置させる“マウント”, Gli349 :滑走の“あし”, Gli521 :動きをモーターからあしに伝える“ギア”,  P42 : ATPを加水分解して動きを発生する “モーター”.これらが図1Bで示すように膜突起の基部，すなわち細胞neck部分表面に細胞あたり450分子ずつ存在して消走の装置を形成している8,10,11) フリーズフラクチャーディープエッチレプリカ法で細胞とガラス装面との間を観察すると, 50 nm長の棒，あるいは紐のような構造が酸とガラス表面をつないでいることが明らかになった129 .私達は，この構造が因形物表面を後ろ方向に引っぱって細胞を前に進めると考えている.
2.2あし
Gli349に対するモノクローナル抗体が、滑走の速度とガラスへの結合の両方を阻害すること，Gli349の１アミノ酸が置き換わった変異株がガラスに結合しなくなること、などから、このタンパク質が滑走のあしとして機能していると考えていろ10.15）私達は,あしのタンパッ質, Gli349を単離精製し,ロータリーシャドウイングによる電子顕微鏡観察と，液中における原子間力顕敵鏡観察でその分子形状を明らかにした141.ロータリーシャドウイングでは斜め上方向から金属粒子を蒸着するため，解像度は犠牲になるが，ほそい構造でもコントラストが待られる.分子は単量体で,図２に示すように全長が104 nmの八分音符のような形状をしていた．細胞上ではＮ末端で膜にアンカーされていると考えられる. 20 nmの２つの“短いアーム”は比較的硬く，折れたたみ可能なヒンジでつながっているため，この部分が閉じたり開いたりしてあしが動いている可能性がある．Ｃ末端には球状のドメイン，Footが存在し，このドメインで結合対象である ‘シアル酸’をつかんだり離したりしていると考えられる1516)シ図２　細胞表面におけるGli349の模式図.　中央のヒンジは90度の固定角を持つが，折れたたみ可と考えると電子顕微鏡の結アル酸は動物細胞の表面の多くの分子，すなわちタンパク質や脂質に結合している多糖の先端に一般的に見られる構造で、ボツリヌス毒素やインフルエンザウイルスなど多くの病原因子の結合標的でもある.短いアームと球状の部分は50 nmの柔らかい紐のような構造でつながっている.  Gli349タンパク質の全アミノ酸配列の60%は，図中の楕円で示したように約100アミノ酸の弱いくりかえし配列で形成されていろ17). 2.3ギアGli521に対するモノクローナル抗体は，滑走しているマイコプラズマをガラスについたままに止めてしまう99.このことから、Gli521はあしそのものではないが、滑走運動に必須な動きを行っている，すなわち“ギア”の様な役割を果たしていると考えられる.このタンパク質を精製してロータリーシャドウイングによる電子顕敵鏡観察を行った.図３に示すようにGli521は三量体で，“みつまた”形状であった．みつまたのそれぞれのアームが単量体である.単量体は,柔らかいヒンジを介してつながった３つのドメイン，すなわちC末端側からHook-Rod-Ovalの様に構成され、膜貫通セグメントのあるＣ末端でお互いに結合してみつまたを形成している（図4）、みつまたの中心、すなわちHookで形成されている部分は比較的硬く，３回転対称である．清走運動が細胞の決まった方向に向いていることを加味すると，Gli521分子のRodよりN末端側は細胞の軸に対して同じ方向を向いている可能性が高い.図中のアスタリスクで示した部分における変異がGli349に対するモノクローナル抗体による滑走と結合の阻害を抑制することから，Oval部分でGli349に結合していることが示唆される15,18).
3  メカニズム
3.1 装置内における動きの伝達
図２と図４で示したそれぞれの位置を標的とするモノクローナル抗体は，添加することでマイコプラズマの滑走運動を阻害する15 . このことは標的位置が細胞の外側に露出しており，大きく動いていることを示唆している．膜にダメージを与えて細胞質を除いた“ゴースト”がATPの添加により細胞と同じ速度で滑走することから私達は，滑走運動の直接のエネルギー源がATPであると結論づけた180 .  Gli123, Gli349,  Gli521と共に合成されるタンパク質,  P42はゴーストの清走速度から予測されるATPaseの特徴に似た活性を持つり.また, Gli123タンパク質は開口部の方が広がっているグラスのような形状で，Gli349，Gli521と細胞上の同じ位置に，ほぼ同数が存在しており，Gli349，Gli521の細胞上での局在に重要である®.これらのことから,私達は装置内での動きの伝達を図５のように考えている.すなわち, P42がATPを加水分解すること（ｉ）で生じた動きがGli123や, Gli521の酸質通セグメントをとおして外部に伝えられる. Gli521のHook部分は硬いふつまた構造で，軸を中心に動いている.この部分は回転しているかも知れない（ii）.柔らかいヒンジを介してHookとつながったRodは円運動を往復運動として伝える“クランク”として働き, OvalがGli349の短いロッドを引っぱる（iii）それに伴って50 nmのひも状部分がシアル酸をつかんでいるC末端の球状部分を引っばり，滑走運動が生じる（iv）.
3.2前方向に動く
Gli349の短いロッドと,シアル酸を結合するFootは, 50 nmの柔らかいひる状構造によって隔てられている.では消走のあしはどのようにして決まった方向に細胞を引っぱることが可能なのだろう？以前の本誌などで図を用いて議論してきたように,現在,私達は以下のように考えている² ～ 6.13.19)すなわち, （1）Gli349がFootでシアル酸をつかんだ時に,前方向にかかった張力に装置が反応してFootを後ろ側に引っぱる. （2）Footのシアル酸結合の強さは前方向への引っぱりには弱いため，他のあしが動いて細胞を前に進めることによってシアル酸からはずれる. （3）シアル酸を離して張力がかからなくなるとGli349の短いロッドは元の構造に戻る.
4.細胞内部からささえる構造
一般的にバクテリアには，細胞膜の外側にベプチドグリカンの層が存在し，この構造が細胞壁として働く．しかしマイコプラズマにはこのペプチドグリカンが全く存在しない。ではどの様な構造が接着や滑走に必要な力を受け止めるのであろうか？ヒトを含む真核生物では，内部に存在するチューブリンやアクチンなどのタンパク質で構成される‘細胞骨格’が細胞をささえている.近年,ほとんどのパクテリアでも,チュープリンやアクチンのホモログが細胞骨格として働いていることが明らかになってきた20 .しかし, M. mobileにはそのどちらも存在しない.この路に迫るため私達は, M. mobileの細胞膜をトライトンX-100で除去し，残った構造を観察した21.22).その結果, M. mobileの滑走装置の内側に図6のようにくらげ様の構造が存在することが明らかになった.くらげの触手には長さ約20 nmの回転対称体が30 nm周期に，傘には12 nm周期に格子構造が存在していた．くらげ構造は滑走装置と直接結合しているのだろうか？それに対する直接の答えはないが，Gli123，Gli349，Gli521のそれぞれがない変異株において，くらげ構造の細部は保存されているものの，全体的な構造は野性株と異なり壊れていた．特に, Gli521のない株でその傾向は顕著であった．また，触手にある回転対称体の数は消走タンパク質の数と大きく異ならない.これらのことから,図５のように滑走装置のそれぞれのユニットが触手の回転対称体に結合している可能性が考えられる. くらげ構造を単離し，その構成タンパク質10個を,ペプチドマスフィンガープリンティング（PMF）法で同定した.  PMF法では，質量分析と遺伝情報をもちいてタンパク質を同定する。アミノ酸の配列からそれらタンパク質の機能を推定することは出来なかったが，興味深いことに２つのタンパク質がATP合成酵素のα, βサプユニットのそれぞれと明らかな相同性を持っていた. M. mobileはゲノム上の離れた位置にATP合成酵素の８サプユニットの全てを有している.また，くらげ構造のATP合成酵素サプユニットホモログのN末端近辺には、既知のタンパク質と相同性のない配列が融合している.これらのことは,くらげ構造のATP合成酵素サプユニットホモログがくらげ構造特異的な役割を持っていることを意味している．滑走装置のユニットに結合していること，構成タンパク質にATP加水分解能があること，が示唆されたことなどから，くらげ構造の滑走運動における役割には以下のような可能性が考えられる. （1）滑走装置を内側からささえる. (2)滑走のタンパク質を輸送.配置する，（3）装置と同様に動いて動きを伝えたり協同性を作ったりする.もちろん、これらの役割の複数を果たしていることも考えられる.
5.おわりに
現在の欲生物を対象とする研究は，遺伝学から発展した,狭義の“分子生物学”をぬきに考えることは不可能である.遺伝学は本来，目に見えないものを見えないものでもって説明する学問であるが，そこに生体高分子，その集合体，細胞，組織の構造を加えることで，具体的な理解が可能になる．その需要に答えるべく，蛍光をもちいた顕微鏡観察は今日の分子生物学の中心的手法になった．そして，次に分子生物学に必要な展開は，電子顕微鏡技術との融合かも知れない．私達の研究がそのテストケースになれば幸いである.
講
辞
これまで研究につき合ってくれた共同研究者，とくに，未発表のデータを提供してくれた中根大介，野中孝裕，川口知恵各氏に，またこれまでに私達の研究にコメントをしていただいた諸兄に感謝の意を装する.
文
献
1）宮田真人：生体の科学, 60, 98–102 (2009) 2）宮田真人：生化学, 181, 31–35 (2008) 3）宮田真人:現代化学, 446, 27–32 (2008) 4）宮田真人：蛋白質核酸酵素（PNE） 53, 1752–1758 (2008) 5）宮田真人：日本細菌学会雑誌, 62, 347–361 (2007) 6）宮田真人：顕敵鏡, 41, 39–44 (2006) 7) Ohtani, N. and Miyata, M.: Biochem. J., 403, 71–77 (2007) 8) Uenoyama, A. and Miyata, M.: J. Bacteriol. , 187, 5578–5584 (2005) 9) Seto, S., Uenoyama, A. and Miyata, M.: J. Bacteriol, 187, 3502– 3510 (2005) 10) Uenoyama, A., Kusumoto, A. and Miyata, M.: J. Bacteriol. , 186, 1537–1545 (2004) 11) Kusumoto, A., Seto, S., Jaffe, J.D. and Miyata, M.:  Microbiology , 150, 4001–4008 (2004) 12) Miyata, M. and Petersen, J.: J. Bacteriol. , 186, 4382–4386 (2004) 13) Miyata, M.: in Lenz, P. (Ed.), Molecular mechanism of mycoplasma gliding—a novel cell motility system, Springer, New York, 137–175 (2007) 14) Adan-Kubo, J., Uenoyama, A., Arata, T. and Miyata, M.: J. Bacteriol. , 188, 2821–2828 (2006) 15) Uenoyama, A., Seto, S., Nakane, D. and Miyata, M.: J Bacteriol., 191, 1982–1985 (2009) 16) Nagai, R. and Miyata, M.: J. Bacteriol , 188, 6469–6475 (2006) 17) Metsugi, S., Uenoyama, A., Adan-Kubo, J., Miyata, M., Yura, K., Kono, H. and Go, N.:  Biophysics, 1, 33–43 (2005) 18) Uenoyama, A. and Miyata, M.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 102, 12754–12758 (2005) 19) Miyata, M.: Trends in Microbiol , 16, 6–12 (2008) 20)  Gitai, Z.:  Cell, 120, 577–586 (2005) 21) Nakane, D. and Miyata, M.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 19518– 19523 (2007) 22) Nakane, D. and Miyata, M.: J. Bacteriol. , 191, 3256–3264 (2009)