繊毛虫の核分裂 ― 核の位置決めによるDNAの娘細胞への均等分配 ...

80 原 生 動 物 学 雑 誌 第 42 巻 第 1 号 2009 年繊 毛 虫 の 核 分 裂 ― 核 の 位 置 決 めによるDNAの 娘 細 胞 への 均 等 分 配菅 井 俊 郎 ( 茨 城 大 学 理 学 部 生 物 科 学 )The nuclear division in ciliate-DNA distribution to daughter cellsby nuclear positioningToshiro SUGAI (Biological Sciences, College of Science, Ibaraki University)SUMMARYA ciliate has two kinds of nuclei in a cell: a macronucleus (MAC) and a micronucleus (MIC). During cell division,the MAC divides amitotically and the MIC divides mitotically. The mechanism of MAC amitosis is unknown. Nucleardivision in three species of Euplotes was observed in living cells. The U- or τ-shaped MAC shortened to a rod shape atthe end of S phase and was positioned just under the division furrow. The anteriorly located MIC moved with the anteriorreplication band to the division furrow. Based on these results, together with previous results for Tetrahymena andParamecium, we propose that even distribution of DNA to the daughter cells is achieved by precise nuclear positioning.Ciliates have a unique mechanism of DNA distribution.[ 目 的 ] 繊 毛 虫 の 細 胞 は 大 核 と 小 核 を 持 つ。 小 核 は 有糸 分 裂 で, 大 核 は 無 糸 分 裂 によって, 複 製 されたDNAを 娘 細 胞 に 分 配 する。 繊 毛 虫 の 大 核 の 位 置 は,中 央 にあるとは 限 らず, 形 も 球 , 楕 円 , 紡 錘 , 棒 ,数 珠 状 と 様 々であるが, 分 裂 前 には 短 縮 ( 球 以 外 )する 事 が 知 られている。 昨 年 ,テトラヒメナとゾウリムシの 細 胞 分 裂 の 際 の 核 分 裂 を 生 細 胞 で 観 察 すると, 今 までの 観 察 方 法 ではわからなかった 核 の 変 形と 行 動 があり, 種 類 により 異 なることがわかった。これらの 意 味 を 考 えるため, 今 回 はU 又 はτ 字 形 の 大核 を 持 つユープロテス3 種 類 の 細 胞 分 裂 を 生 細 胞 で観 察 した。この 結 果 とこれまでの 結 果 から, 核 の 変形 と 移 動 の 意 味 を 新 しい 見 方 から 統 一 的 に 考 える。[ 材 料 と 方 法 ] Euplotes aediculatus, E. eurystomus, E.woodruffiの3 種 類 を 使 用 した。クロロゴニウム,またはテトラヒメナで 培 養 し, 対 数 増 殖 期 に 観 察 した。 観 察 には, 位 相 差 と 蛍 光 顕 微 鏡 を 用 いた。DNAは, 生 細 胞 ではHoechst33342で, 固 定 細 胞 はDAPIで染 色 した。[ 結 果 ] E. aediculatusの 大 核 はC 字 形 をしていて,C 字の 開 いている 部 分 は 細 胞 右 後 方 を 向 いているので 中心 は 細 胞 前 半 にあった。 小 核 は 大 核 に 付 着 せず, 左前 にあった。S 期 後 半 に 大 核 は 短 縮 を 始 め,2 本 の 複製 帯 が 合 わさる 時 には 短 い 棒 状 になり, 細 胞 の 左 側に 位 置 した,この 時 複 製 帯 は 前 端 と 後 端 から 等 距 離にあり, 分 裂 溝 が 入 る 位 置 と 一 致 していた。また 左前 方 にあった 小 核 は,S 期 途 中 で 前 方 から 進 行 してきた 複 製 帯 が 横 に 来 ると, 以 後 並 んで 移 動 し, 位 置 決めを 行 い, 大 核 の 中 心 よりやや 前 方 で 大 核 に 先 行 して 分 裂 した。τ 字 形 の 大 核 を 持 つE. woodruffiでは, 大核 の 重 心 はかなり 前 にあるが,S 期 完 了 時 に 短 い 棒 状になって 位 置 決 めをすることと, 小 核 の 行 動 は 同 じであった。また,E. eurystomusの 核 の 行 動 も 同 じであった。 今 回 のEuplotes 3 種 類 の 結 果 と, 昨 年 報 告 したテトラヒメナ,ゾウリムシ2 種 類 の 結 果 から, 大 核は 種 による 形 の 違 いにかかわらず, 棒 状 になって 分裂 し,その 時 には, 分 裂 溝 の 直 下 に 位 置 することがわかった。 小 核 も 位 置 決 めを 行 っていたので, 位 置決 めによるDNAの 娘 細 胞 への 均 等 分 配 という 仮 説 を提 案 する。[ 考 察 ] 繊 毛 虫 の 大 核 の 無 糸 分 裂 の 機 構 は 不 明 である。 核 内 に 微 小 管 が 出 現 するので, 無 糸 分 裂 ではないとする 考 えもあるが,この 微 小 管 の 役 割 も 不 明 である。テトラヒメナの 細 胞 質 分 裂 欠 損 突 然 変 異 体(cdaC)でも, 大 核 の 分 裂 は 起 こる。また, 大 核 の位 置 を 分 裂 溝 の 位 置 から 人 為 的 に 移 動 させると, 核の 不 等 分 裂 が 誘 導 されることなどから, 大 核 の 分 裂装 置 は, 収 縮 環 とは 別 に 分 裂 溝 の 直 下 にあると 思 われる。 実 際 この 場 所 に 微 小 管 が 多 く 存 在 することが知 られている 1) 。 大 核 にはDNAを 均 等 に 分 配 する 機構 はなく, 外 側 からくびられるので,その 場 所 に 正確 に 位 置 決 めをする 必 要 があると 考 える。 他 の 細 胞のように 核 や 紡 錘 体 が 分 裂 溝 の 位 置 を 決 定 するのではなく, 分 裂 溝 の 位 置 に 核 を 配 置 する。 今 まで, 分裂 前 に 長 い 大 核 が 短 縮 するのは, 核 の 内 容 を 混 合 するためと 思 われてきた 2) 。なぜ 混 合 する 必 要 があるのか, 確 実 な 証 拠 はない。 短 縮 するのは, 位 置 決 めのためと 解 釈 できる。また, 大 核 が 分 裂 直 前 に 棒 状 になるのは, 球 よりも 位 置 決 めを 正 確 にしなくても 良いからかもしれない。繊 毛 虫 細 胞 は 大 きいので, 小 核 も 有 糸 分 裂 では 長大 なseparation spindleを 形 成 するが,これだけでは 娘細 胞 への 正 確 な 分 配 には 不 十 分 であり, 調 べた 種 類全 てで, 種 類 特 有 の 位 置 決 めを 行 っていた。 今 回 調べたEuplotesでは 複 製 帯 と 伴 に 移 動 していたので, 複

Jpn. J. Protozool. Vol. 42, No. 1. (2009)81製 帯 の 移 動 の 機 構 は 知 られていないが, 核 外 に 何 らかの 構 造 があると 思 われる。またゾウリムシの 接 合完 了 体 の 細 胞 分 裂 でも, 大 核 原 基 や 大 核 断 片 の 分 配も 位 置 決 めで 説 明 出 来 る。DNAの1:1の 分 配 は, 有 糸 分 裂 だけで 行 われているのではなく, 繊 毛 虫 では, 別 の 機 構 を 発 達 させた。[ 文 献 ]1. Fujiu, K. and Numata, O. (2000) Cell Motil. Cytoskel.46: 17-27.2. Raikov, I. B. (1982) The Protozoan Nucleus. Springer寿 命 と 有 性 生 殖 のトレードオフ 説 の 問 題 点高 木 由 臣 ( 奈 良 女 子 大 学 )Critical comments to the tradeoff theory for lifespan and sexual reproductionYoshiomi TAKAGI (Nara Women’s University)SUMMARYThe tradeoff theory for lifespan and sexual reproduction postulates that the latter results in genomic diversification.However, this is not true for autogamy in Paramecium, which usually results in genetically identical progeny and yetmarks a new life cycle, resetting the developmental time to zero. I propose that the original form of sexual reproductionwas the genomic alternation between diploid and haploid, which had nothing to do with genomic diversification. Forearly eukaryotes with huge haploid genomes, diploidization was an adaptive means to protect from harmful mutations,and haploidization was a process to evaluate the accumulated mutations. The simplest form for diploidization is genomicduplication (Du) and that for haploidization is distribution of the duplicated genome (Di), the common process of asexualdivision of haploid cells. If Du is repeated in the haploid division cycle, the resulting Du → Du → Di → Du → Di cycleis the asexual division of diploid cells. If Di is repeated in the diploid division cycle, the resulting Du → Di → Du → Di→ Di cycle is the asexual division of haploid cells. Therefore, diploidization connotes fertilization, and haploidizationconnotes reduction division, which later evolved into authentic sexual reproduction involving genomic diversification.[ 目 的 ] 生 物 の 寿 命 は, 有 性 生 殖 とのトレードオフとして 出 現 したというのが 通 説 である。 有 性 生 殖 の 本質 は, 異 性 間 のゲノムの 融 合 と 減 数 分 裂 ・ 組 み 換 えによるゲノムの 多 様 化 とされている。 利 己 的 遺 伝 子の 観 点 からすると,100% 自 己 を 遺 す 無 性 生 殖 を 停 止して50%しか 自 己 を 遺 さない 有 性 生 殖 を 導 入 したのは,ゲノムの 多 様 化 という 有 性 生 殖 のメリットが 進化 学 的 にいかに 大 きな 意 義 をもったかを 伺 わせる。しかし 原 生 生 物 を 研 究 材 料 としてきた 研 究 者 には,ゾウリムシのオートガミーやセルフィングに 見 るように, 有 性 生 殖 が 必 ずしもゲノムの 多 様 化 をもたらさないことを 熟 知 している。それにも 拘 らず,オートガミーやセルフィングは, 発 生 時 計 をリセットし細 胞 を 若 返 らせ,(オートガミー) 未 熟 期 に 始 まる新 しい 寿 命 の 起 点 となる。メイナード・スミスに 代表 される 進 化 遺 伝 学 者 は,オートガミー 的 生 殖 法 を無 性 生 殖 とみなすことでこの 難 点 を 切 り 抜 けようとしている 1) が, 小 核 レベルでの 減 数 分 裂 と 受 精 を 伴い, 寿 命 の 起 点 を 作 る 過 程 を 有 性 生 殖 とみなさないという 見 解 には 同 意 し 難 い。 演 者 は 初 期 の 有 性 生 殖がゲノムの 多 様 化 を 伴 わない 無 性 生 殖 的 過 程 から 派生 したものであること,それにもかかわらず100% 自己 を 遺 す 無 性 生 殖 を 停 止 することに 進 化 的 意 義 がありえたとする 新 しい 観 点 を 提 起 し, 議 論 を 喚 起 することを 目 的 とする。[ 結 果 と 考 察 ] 演 者 の 結 論 を 先 に 述 べておく。 寿 命 と有 性 生 殖 のトレードオフは 認 めた 上 で, 有 性 生 殖 の本 質 をゲノムの 多 様 化 とみなす 見 解 に 異 議 を 唱 える。 初 期 の 有 性 生 殖 は「1 倍 体 の2 倍 体 化 と2 倍 体 の1倍 体 化 」という 形 の,ゲノムの 自 己 同 一 性 を 保 証 する 無 性 生 殖 的 な 過 程 であった。「1 倍 体 の2 倍 体 化 と2 倍 体 の1 倍 体 化 」が, 異 質 な 雌 雄 細 胞 の 受 精 と, 組み 換 えを 伴 う 減 数 分 裂 という 形 をとってゲノムの 多様 化 を 保 証 するようになるのは 後 のことである。「1 倍 体 の2 倍 体 化 」は, 細 胞 が 大 型 化 し 大 型 ゲノムをもつようになった 初 期 真 核 細 胞 にとっての「 突 然変 異 への 安 全 対 策 」であり,「2 倍 体 の1 倍 体 化 」は蓄 積 した 突 然 変 異 の 有 用 性 検 証 過 程 であった。1 倍 体 が2 倍 体 化 するもっとも 簡 単 な 方 式 はゲノムの 複 製 である。1 倍 体 の 無 性 生 殖 過 程 は「1 倍 体 ゲノムの 複 製 → 複 製 ゲノムの 分 配 」というパターンの繰 り 返 し,すなわち「2 倍 体 化 ( 複 製 )→1 倍 体 化( 分 配 )」の 繰 り 返 しである。1 倍 体 の「 複 製 → 分