動く分子と動かない分子が協調して、安定した位置情報を素早く作り出す

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 望月敦史 ウイルス・再生医科学研究所教授、三井優輔 基礎生物学研究所助教、高田慎治 同教授、平良眞規 中央大学兼任講師、佐甲靖志 理化学研究所主任研究員らの研究グループは、少数の動く分子と多数の動かない分子によって、Wnt8蛋白質の分布が素早く、安定的に作られうることを示しました。

 生き物の形が正しく作られるには、細胞が自らの位置を正しく認識する必要があります。このとき、細胞同士がコミュニケーションを取る必要があり、このためにある種の蛋白質を分泌して、細胞外での濃度の違いにより位置の情報を決めていることが知られています。しかし、どのように場所による濃度の違いが作られるかはよくわかっていませんでした。

 三井助教らは、位置情報を担う蛋白質の一つであるWnt8の細胞外での動きを、生きたカエル胚の中で詳細に解析しました。佐甲主任研究員らとの共同研究による定量的解析から、Wnt8蛋白質のうち、動いている分子は少数で、大部分は細胞表面に結合して動かないことが示唆されました。これらの動く分子と動かない分子は動的な平衡状態(つまり絶えず入れ替わっている)にあることが実験から推察されました。

 これをもとに、望月教授らとの共同研究として、他の多くの分泌性の蛋白質の分布にも適用できるシンプルな数理モデルを構築し、挙動を体系的に理解する枠組みを提案しました。これにより、少数の動く分子と多数の動かない分子によって、Wnt8蛋白質の分布が素早く、安定的に作られうることが示されました。この分布ができる時の速さと安定性のジレンマは、拡散現象が関わることから、以前からどのように両立しているのか議論があったところですが、今回の研究はその仕組みの一端を明らかにしました。

 本研究成果は、2021年4月27日に、国際学術誌「eLife」に掲載されました。

mVenus-Wnt8は細胞間隙に分布するが、分泌型mVenusは分布が見えない(*分泌源の細胞)
図:mVenus-Wnt8は細胞間隙に分布するが、分泌型mVenusは分布が見えない(*分泌源の細胞)
研究者情報
書誌情報

【DOI】https://doi.org/10.7554/eLife.55108

【KURENAIアクセスURL】http://hdl.handle.net/2433/263212

Yusuke Mii, Kenichi Nakazato, Chan-Gi Pack, Takafumi Ikeda, Yasushi Sako, Atsushi Mochizuki, Masanori Taira, Shinji Takada (2021). Quantitative analyses reveal extracellular dynamics of Wnt ligands in Xenopus embryos. eLife, 10, e55108.