単細胞動物ミドリゾウリムシと緑藻クロレラとの細胞 ... - 日本原生動物学会

118原 生 動 物 学 雑 誌 第 41 巻 第 2 号 2008 年Fig. 1 Photomicrographs of algae-bearing P. bursariastrain OS1g1N (A), algae-free P. bursaria strain Yad1w(B), Chlorella vulgaris isolated from OS1g1N cells (C),strain Yad1w cells during the early infection process (4 hafter mixing with isolated algae) (D). Ma, Macronucleus.Arrow, single green Chlorella (SGC) which could establishendosymbiosis.報 告 されている (Hörtnagl and Sommaruga, 2007)。 共生 クロレラの 光 合 成 産 物 は 宿 主 の 概 日 リズムの 発 現に 深 く 関 わっており (Miwa et al., 1996; Tanaka andMiwa, 1996, 2000)、 宿 主 と 共 生 クロレラの 細 胞 分 裂 のタイミングは 互 いに 同 調 している (Kadono et al.,2004; Takahashi et al., 2007)。このように、ミドリゾウリムシとクロレラは 相 利 共 生 の 関 係 で、 双 方 の 増 殖速 度 の 調 節 機 構 をも 備 えているが、 両 者 はまだ 単 独でも 増 殖 できる 能 力 を 維 持 している。ミドリゾウリムシを 恒 暗 条 件 下 で 培 養 したり(Karakashian,1963)、タンパク 質 合 成 阻 害 剤 のシクロヘキシミド(Kodama and Fujishima, 2008; Kodama et al., 2007;Weis, 1984)、 光 合 成 阻 害 剤 (Reisser, 1976)、 除 草剤 (Hosoya et al., 1995)で 処 理 すると 容 易 にクロレラを除 去 することができる (Fig. 1B)。クロレラ 除 去 細 胞は、 共 生 クロレラを 保 持 した 状 態 と 比 較 すると 分 裂速 度 はやや 低 下 するが(Görtz, 1982)、 増 殖 能 力 は維 持 している。クロレラ 除 去 細 胞 を、ミドリゾウリムシのホモジネートから 単 離 した 共 生 クロレラ (Fig.1C) と 混 合 すると、 細 胞 口 から 食 胞 に 取 り 込 まれたクロレラの 大 部 分 は 宿 主 によって 消 化 されて 細 胞 肛門 から 排 出 されるが、 一 部 のクロレラは 消 化 を 免 れて 細 胞 内 共 生 を 再 開 する (Fig. 1D) (Karakashian, 1975;Siegel and Karakashian, 1959)。ミドリゾウリムシでは、クロレラとの 細 胞 内 共 生 が 不 安 定 な 自 然 突 然 変異 体 が 得 られている (Tonooka and Watanabe, 2002,2007)。さらに、 細 胞 が 透 明 であるため 共 生 成 立 過 程の 観 察 が 容 易 で、マイクロインジェクションも 可 能な 大 きさの 細 胞 である。これらの 特 徴 は、 二 次 共 生成 立 機 構 解 明 のモデル 材 料 として、ミドリゾウリムシと 共 生 クロレラが 適 切 であると 考 えられる 根 拠 となっていた。しかし、クロレラ 除 去 細 胞 と 共 生 クロレラを 混 合 すると、 短 時 間 で 多 数 のクロレラが 一 気に 食 胞 内 に 取 り 込 まれるため、その 後 のクロレラのFig. 2 Transmission electron micrograph of symbioticalga near the host cell surface. Chl, symbiotic C. vulgaris.CW, cell wall. PV, perialgal vacuole membrane.Mt, mitochondrion. Tc, trichocyst. (Kodama andInouye, unpub. data)運 命 の 観 察 は 困 難 を 極 め、 共 生 成 立 過 程 の 詳 細 はSiegel and Karakasian (1959) による 再 共 生 実 験 以 来 の50 年 もの 間 不 明 瞭 なままであった。 我 々は、クロレラ 除 去 細 胞 に 一 定 数 のクロレラを1.5 分 間 だけパルス的 に 与 え、その 後 チェイスして 食 胞 内 に 取 り 込 まれたクロレラの 運 命 を 計 時 的 に 追 跡 することが 可 能 な最 適 条 件 を 確 立 し、この 方 法 を 用 いてミドリゾウリムシとクロレラとの 共 生 成 立 過 程 の 全 容 を 明 らかにした (Kodama and Fujishima, 2005, 2007, 2008, 2009, 印刷 中 ; Kodama et al., 2007)。2. ミドリゾウリムシの 食 胞 の 分 化Paramecium 属 の 食 胞 の 分 化 の 研 究 はハワイ 大 学 のFokらによってP. multimicronucleatum で 詳 細 に 行 われた (Fok and Allen, 1988)。P. multimicronucleatum の 食胞 の 分 化 は 次 の4 段 階 に 分 類 されている。 新 生 の 球 形の 食 胞 DV-Iに、 食 胞 形 成 後 4-8 分 にアシドソームが 融合 して、 食 胞 内 のpHを 中 性 付 近 から3まで 下 げ、 同時 に、DV-I 膜 とアシドソーム 膜 の 膜 置 換 が 起 こり、収 縮 したDV-IIと 呼 ばれる 食 胞 になる。 食 胞 形 成 後 8-20 分 に、リソソームがDV-IIに 融 合 し、pHが 再 び6まで 上 昇 した 球 形 のDV-IIIに 分 化 して 食 胞 内 容 物 は 消化 される。その 後 、 食 胞 形 成 後 20 分 以 降 には、リソソームの 指 標 酵 素 の 酸 性 フォスファターゼ (AcPase)活 性 の 無 いDV-IVに 分 化 する。DV-IVは、 細 胞 肛 門 と