馬渕 一誠
まぶち いっせい
Issei Mabuchi
学習院大学理学部化学科教授
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専門： 分子細胞生物学
担当講義： 生命分子科学2
住所： 〒171-8588 豊島区目白 1-5-1 学習院大学理学部
電話： 03-3986-0221（内線 6421）
fax: 03-5992-1034（生命分子科学研究所）
学生へ一言
細胞の分裂や運動は生物の生育、発生、分化に必須な生命活動で、そのメカニズムの解明は現代の生命科学のトピックの一つです。この生命活動を担うアクチン・ミオシン系は酵母からヒトにいたるまで保存されていますが、これらのタンパク質を主成分とするアクチン細胞骨格は様々な形態をとり、細胞分裂や細胞運動が起こる時のみ形成され、それらが終了するとまた分散するといった、非常にダイナミックな性質を持っています。このダイナミックな性質はその上流のシグナル伝達系によて制御されていると考えられます。
私達は、現在、分裂酵母、ウニ卵、アフリカツメガエル卵、培養細胞を用いてその分子メカニズムを明らかにしようとしています。この分野の研究は今、世界的に高揚してきており、論文発表数はどんどん増えています。分子細胞生物学に興味のある諸君は是非挑戦して下さい。
研究テーマ
「細胞分裂・細胞運動の分子メカニズムの研究」 （以下、主に細胞質分裂に関する内容について説明します）
1. 細胞質分裂のシグナル伝達のメカニズム
細胞は分裂面がくびれることによって分裂する。くびれ部分(分裂溝)の細胞膜直下にアクチン繊維を主体とする収縮環と呼ばれる構造が形成され、ミオシンとの相互作用による収縮によって細胞が分裂する。しかし収縮環の形成のメカニズムはよくわかっていない。その形成は核あるいは分裂装置微小管から細胞表層に伝達される分裂シグナルによって誘導されると考えられているが、分裂シグナルの実体は不明である。私達は収縮環形成の過程に低分子量Gタンパク質Rhoとタンパク質リン酸化がそれぞれ関与することを見い出した。そこでRhoの役割を解明するため、分裂酵母、ウニ卵、アフリカツメガエル卵を用いてRhoの上流、下流で働くタンパク質を探索している。
2. アクチン調節タンパク質の構造と機能
アクチンは細胞運動を担う重要なタンパク質で、その細胞内での動態は様々なアクチン調節タンパク質によって制御されていると考えられる。上に述べた分裂シグナルの下流にこれらのタンパク質が位置し、収縮環の形成を直接担っていると思われる。私達はG-アクチン結合タンパク質プロフィリン、アクチン脱重合タンパク質ADF、アクチン重合加速因子formin/diaphanous、架橋タンパク質fimbrin、a-actinin、coronin、IQGAP、ウニ卵のアクチン繊維切断タンパク質ABP40、
Actin-Related Proteins (ARP2/3)、ペプチド延長因子EF1 aが収縮環の構築と収縮にどのような役割を担っているか、どのように活性されるかを明らかにしようとしている。最近、分裂酵母、ウニ卵、アフリカツメガエル卵で収縮環が形成される過程を詳しく明らかにした。これらの過程のどの段階でどのタンパク質が働いているかを解明できる状態になってきた。
3. 細胞質分裂におけるミオシンの役割
分裂酵母のミオシン重鎖遺伝子の研究により、ミオシンが収縮環の収縮だけでなくその形成にも働いていることが分かった。また分裂酵母とアフリカツメガエル卵でミオシンがアクチンに先立って分裂部位にスポット状に集合することを見い出した。これらの系を用いてミオシン軽鎖のリン酸化が分裂に必要かどうか、そのリン酸化酵素は何か、ミオシンがどのようなシグナルにより収縮環に移行するのかを調べている。また、次項に関連するが、ミオシンが収縮環の中でどのように存在しているかは電顕で観察されていないので、上記のミオシンスポットの実体を含めてこれを明らかにしたい。
4. 収縮環とその形成過程の微細構造学的研究
私達はウニ卵とイモリ卵から分裂溝を単離することに成功し、いくつかの興味深い特異構成タンパク質を見いだした。これらのタンパク質のcharacterizationを行っている。また、分裂酵母、ウニ卵、カエル卵の収縮環形成過程を、収縮環の構成成分の免疫電顕とアクチン繊維の方向性の解析を含めた方法で解明しようとしている。またGFP等の蛍光プローブを用いたアクチンなどのリアルタイム観察により、光学顕微鏡レベルでも収縮環形成過程の解明に迫りたい。
5. 分裂できる人工細胞の創成
分裂可能な細胞を人工的に作ることができるだろうか。これは生命科学の夢の１つである。これがもしできれば、細胞分裂の研究のみならず、様々な分野での応用が可能である。私達はリポソームを用いてこの課題に挑戦している。
最近5年分の学術論文・総説・図書など
学術論文
1. Arai, R., and Mabuchi, I. 2002. F-actin ring formation and roles of
F-actin cables in the fission yeast Schizosaccharomyces
pombe. J. Cell Sci. 115,
887-898.
2. Noguchi, T., and Mabuchi, I.
2002. Localized calcium signals
along the cleavage furrow of the Xenopus
egg are not involved in cytokinesis.
Mol. Biol. Cell 13: 1263-1273.
3. Wong, K. C. Y., D'souza, V. M.,
Naqvi, N. I., Motegi, F., Mabuchi, I., and Balasubramanian, M. K. 2002. Importance of a myosin II-containing
progenitor for actomyosin ring assembly in fission yeast. Curr. Biol. 12, 1-20.
4. Takayama, M., Noguchi, T.,
Yamashiro, S., and Mabuchi, I. 2002.
Microtubule organization in Xenopus
eggs during the first cleavage and its role in cytokinesis. Cell Struct. Funct. 27, 163-171.
5. Nakano, K., Imai, J., Arai, R.,
Toh-e, A., Matsui, Y., and Mabuchi, I. 2002. The small GTPase Rho3 and the diaphanous/formin For3
function in polarized cell growth in fission yeast. J. Cell Sci. 115, 4629-4639.
6. Yamashiro, S., Noguchi, T., and
Mabuchi, I. 2003 Localization of
two IQGAPs in cultured cells and early embryos of Xenopus laevis. Cell
Motil. Cytoskelet. 55, 36-50.
7. Nakano, K., Mutoh, T., Arai, R.,
and Mabuchi, I. 2003. The small
GTPase Rho4 is involved in controlling cell morphology and septation in fission
yeast. Genes to Cells 8 357-370.
8. Nishimura, Y., and Mabuchi, I.
2003. An IQGAP-like protein is
involved in actin assembly together with Cdc42 in the sea urchin egg. Cell Motil. Cytoskelet. 56, 207-218.
9. Iwai, S., Ishiji, A., Mabuchi,
I., and Sutoh, K. 2004. A novel actin-bundling kinesin-related protein from Dictyostelium discoideum. J.
Biol. Chem. 279, 4696-4704.
10. Motegi, F., Mishra, M.,
Balasubramanian, M. K., and Mabuchi, I. 2004. Myosin-II reorganization during mitosis is controlled
temporally by its dephosphorylation and spatially by Mid1 in fission
yeast. J. Cell Biol. 165, 685-695.
11. Kamasaki, T., Arai, R., Osumi,
M., and Mabuchi, I. 2005.
Directionality of F-actin cables changes during the fission yeast cell
cycle. Nature Cell Biol. 7, 916-917.
12. Nakano, K., Arai, R., Mabuchi,
I. 2005. Small GTPase Roh5 is a
functional homolog of Rho1, which controls cell shape and septation in fission
yeast. FEBS Lett. 579, 5181-5186.
13. Yokota, E., Tominaga, M., Mabuchi, I., Tsuji, Y., Staiger, C. J., Oiwa,
K., and Shimmen, T. 2005. Plant
villin, lily P-135-ABP, possesses G-actin binding activity and accelerates the
polymerization and depolymerization of actin in a Ca2+-sensitive
manner. Plant Cell Physiol. 46, 1690-1703.
14. Mutoh, T., Nakano, K., and Mabuchi, I. 2005. Rho1GEFs
Rgf1 and Rgf2 are involved in formation of cell wall and septum while Rgf3 is
involved in cytokinesis in fission yeast. Genes to Cells 10, 1189-1202.
15. Nakano, K., and Mabuchi, I. 2006. Actin-depolymerizing protein Adf1 is
required for formation and maintenance of the contractile ring during
cytokinesis in fission yeast. Mol.
Biol. Cell 17, 1933-1945.
16. Nakano, K., and Mabuchi, I. 2006. Actin-capping protein is involved in
controlling organization of actin cytoskeleton together with ADF/cofilin, profilin
and F-actin crosslinking proteins in fission yeast. Genes to Cells 11, 893-905.
17. Takaine, M., and Mabuchi, I. 2007. Properties of actin from the fission yeast Schizosaccharomyces pombe and interaction with fission yeast profilin. J. Biol. Chem. 282, 21683-21694.
18. Yamashiro, S., Abe, H. and Mabuchi, I. 2007. IQGAP2 is required for the cadherin-mediated cell-to-cell adhesion in Xenopus laevis embryos. Dev. Biol. 308, 485-493.
19. Kamasaki, T., Osumi, M. and Mabuchi, I. 2007. Three-dimensional arrangement of F-actin in the contractile ring of fission yeast. J. Cell. Biol. 178, 765-771.
20. Sakata, S., Watanabe, Y., Usukura, J. and Mabuchi, I. 2007. Characterizaion of native myosin VI isolated from sea urchin eggs. J. Biochem. 142, 481-490.
21. Uehara, R., Hosoya, H., and Mabuchi, I. 2008. In vivo phosphorylation of regulatory light chain of myosin II in sea urchin eggs and its role in controlling myosin localization and function during cytokinesis. Cell Motil. Cytoskelet. 65, 86-101.
英文総説＆その他
1. Mabuchi, I. 2002. Advances
in Cytokinesis Research (A special issue of Cell Structure and Function),
editor. Japan Society for Cell Biology, Kyoto.
2. Mabuchi, I. 2002. Introduction to the Special Issue on
Advances in Cytokinesis Research. Cell Struct. & Funct. 26,
525-527.
3. Noguchi, T., Arai, R., Motegi,
F., Nakano, K., and Mabuchi, I., 2002.
Contractile ring formation in Xenopus
egg and fission yeast. Cell Struct. & Funct. 26,
545-554.
4. Narumiya, S., and Mabuchi, I.
2002. Spinning actin to divide. Nature 419, 27-28 (News and Views).
5. Wang, Y.-L., Burridge, K.,
Dembo, M., Gabbiani, G., Hanks, S. K., Hosoya, H., Janmey, P., Karlsson, R.,
Lindberg, U., Mabuchi, I., Otey, C., Rottner, K., Small, J. V., Wang, C.-L. A.,
& Zigmond, S. 2004. Biomedical
research publication system. Science
303, 1974-1975.
和文総説・図書
1. 馬渕一誠. 2002. 特集「細胞質分裂」特集に寄せて 生体の科学 53：172.
2. 馬渕一誠. 2002. 細胞分裂における収縮環形成の過程 生体の科学 53：
173-185.
3. 武藤悌、馬渕一誠 2003. Cdc42 生体の科学
54: 335.
4. 馬渕一誠. 2003. 細胞が分裂する時、収縮環はどのようにして形成されるか 学術月報 56:
37-46.
5. 山城佐和子、馬渕一誠. 2003.「細胞の形とタンパク質」。タンパク質がわかる（竹縄忠臣編）羊土社、pp.
84-93.（執筆分担）
6. 馬渕一誠. 2005. 細胞生物学事典（石川統、黒岩常祥、永田和弘編）朝倉書店（執筆分担）
7. 馬渕一誠、池辺光男、伊藤知彦、豊島陽子. 2005.
「細胞骨格タンパク質」。タンパク質科学イラストレイテッド（竹縄忠臣編）羊土社、 pp. 182-199.（執筆分担）
8. 馬渕一誠. 2006. 細胞質分裂：細胞分裂における収縮環の形成。蛋白質・核酸・酵素 51,
752-760.
9. 馬渕一誠、渡辺直樹、寺崎朝子、高稲正勝、斧正一郎. 2006. アクチン細胞骨格とアクチン調節タンパク質。実験医学 24,
1902-1913.
10. 馬渕一誠. 2007出版予定：「細胞質分裂」。生物物理学ハンドブック、朝倉書店 (執筆分担)
11. 馬渕一誠. 2007. 細胞質分裂：細胞分裂における収縮環の形成 シリーズ２１世紀の動物科学５「発生」、pp. 9-38 培風館 (執筆分担)
12. 馬渕一誠. 2007. 「分裂酵母の細胞質分裂」。酵母のすべて。 pp. 256-267. シュプリンガージャパン (執筆分担)
Last modified: January 5, 2008
馬渕一誠学習院大学理学部化学科
Issei Mabuchi
Department of Chemistry, Gakushuin Univeristy
Tokyo, Japan