廣川先生要旨
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細胞内の物質輸送の分子機構：新しいキネシンスーパーファミリーモーター分子群 KIFs の構造と機能
廣川信隆（東京大学大学院医学研究科・細胞生物学・解剖学）
細胞はその形作り、および、機能発現に必要とする蛋白および脂質を合成した後、多種類の膜小器官あるいは、蛋白複合体として必要とされている部位に巧妙に送り分けている。中で
も上皮細胞や神経細胞は、極めて極性のある形態を分化させた細胞であり、神経軸索は時に
１ｍもある長い突起であるが、不思議な事にその中で蛋白質合成が行われないため軸索内、
およびシナプス領域で必要とされる蛋白質は全て細胞体で合成された後、軸索流と呼ばれる
物質輸送の機構により末梢に運ばれなければならない。この意味で軸索流は神経細胞の形態
形成、機能発現にとり、大変重要な機構である。またこれらの物質輸送の機構は広く一般の
細胞にも存在し、この意味で神経細胞はこの分子機構の件旧のよいモデル系でもある。私た
ちはビデオ光学顕微鏡（AVRC-DIC法）や電子顕微鏡での解析の結果から、細胞体から末梢
（順行性）および、その反対方向（逆行性）の輸送とも、多種類の異なった膜小器官が異な
った速度で輸送され、モーター蛋白質と推定される膜小器官と微小管との間の鋭い架橋構造
も多種類ある事を明らかにした。これらの基礎にたって私たちは、未知のモーター分子が存
在すると考え、分子生物学的手法を用いて微小管に結合しモーター分子としての活性を有す
る新しい位置群の遺伝子をマウス脳cDNAライブラリーよりクローニングしKIFs( Kinesin
Super family Proteins)と命名し、多種の分子生物学的手法を用いたその構造と機能の解析
により、
物質輸送の機構を理解しようと考えている。
現在まで私たちは、KIF１A、1B、２，３A、3B、4,5A,5B,5Cおよび KIFC1,C2,C3をはじめと
して26種の新しい遺伝子を同定している。このうちKIF1A,１B,３A,3B,4.5はN末端にモータ
ー領域があるタイプである。これらのモーター分子の機能を解析す為、それぞれをバキュロ
ウイルスSf9細胞系を用いて発現させ蛋白を精製し、それを用いてMotility Assay、分子構
造の解析、および抗体産生と細胞内での局在解析およびCell Fractination法により運ばれ
るCargoの解析などを行った。KIF1Aは神経特異に発現され
1.5μｍ/Secの速さの順行性モーターで、シナプス詳報の前駆体を運ぶ事が示された。ま
た、Gene TargetingによりKIF１Aが神経細胞の生存に必須である事が示された。それに対し
KIF１Bは多くの細胞に発現され0.5μｍ/Secの速度で順行性にミトコンドリアを輸送し、他
の多くのモーターと異なりモノマーとして作動している事が示唆された。一方、KIF2は、や
はり多くの細胞に発現され。0.47μｍ/Secの速度の順行性モーターであり、ホモダイマーと
してキネシンやKIF３A、３Bとは異なる径100〜120nmの比較的均一な小胞を輸送するが、
KIF3Aは相同性の高いKIF3Bとヘテロダイマーを形成し、多くの細胞で他のモーター分子とは
異なる膜小器官を0.3μｍ/Secで順行性に輸送するモーヤーであり、私たちがKAP３
（Kinesin Superfamily Associated ３）と命名したものは100KDの結合蛋白質を持つ事が明
らかになった。それに対しKIF4は比較的低濃度（0.4μｍ/Sec）で順行性に働くモーターで
あれい、面白い事に幼弱な神経細胞に発現され、神経成長端への小胞の順行性輸送を行うと
思われ、成獣になるとその発現は殆ど認められなくなる。KIPC2は神経特異的に発現され樹
状突起へ新しいMultiVesicularBody様膜微小管を送る分子である事が分かった。
ごく最近、
私たちはさらに新しい16種類の新しいKIFsを同定しその構造と機能の解析を行っている。
この様に私たちの研究により多種類の膜小器官が時間軸を含めたRugulationにより実に巧妙
に多種類の新しいモーター分子により運ばれている事が示された。最近、私たちはKIF3モー
ターの神経細胞以外の細胞での機能を解析するためKIF3BのGene Targetingを行った。
KIF3B-/-マウスは胎生期で死亡したがその解析の結果、様々なPhenotypeを示すが中でも体
の左右非対称性がランダムになっている事が分かった。左右非対称性を決定する遺伝子群の
発現を調べると左側だけに発現されるｌｅｆｔｙ２等が左右に発現されるか、全く発現され
ずにＫＩＦ３がこれらの遺伝子群の上流にある現象に関わってくる事が明らかになった。左
右非対称性の発現に重要であると考えられているＮｏｄａを解析すると野生型であるＮｏｄ
ａ上皮細胞のＭｏｎｏｃｉｌｉｕｍがＫＩＦ3Ｂ-/-では欠損しており、また野生型ではこの
Monocilium内にKIF3Bが局在している事が免疫細胞化学的に証明された。つまり
KIF３がMonociliumを形成する蛋白郡を輸送している事が明かとなった訳である。さらにこ
のMonociliaをビデオ顕微鏡で観察するとこれが反時計方向に回転運動をしておりその結
果、Nodaの領域のみで全体として細胞外液の体の右から左への流れを形成している事が傾向
ビーズを用いる事により明らかになった。我々は此れをNode流と命名した。このNode流によ
り、ExtraEmbryonic Fluid中のMorphogenの左右での濃度差が形成され、それが左側での左
右軸決定に関わる遺伝子群の発現を開始する事が強く示唆された。このようにKIF３はNode
のい線毛の材料を輸送する事により線毛を形成し体の左右軸という発生学上の重要な決定に
おおきな役割をになっている事が明らかとなった。また、ごく最近、我々はKIFモーター分
子の基本的性質である微小管上のProcessiveな運動の機構をKIF１Aモーター領域単分子に一
つの蛍光を標識しこの動きを直接見る事、および、クライオ電顕によりKIF1Aモーター領域
と微小管複合体の超微細三次元構造を明らかにする事により解明したので、併せて紹介す
る。
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ＵＲＬ：http://cb.m.u-tokyo.ac.jp/index-J.html
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