2008年09月22日
細胞周期と中心体の複製
・細胞分裂（⇒「種」の保存）は生物が生物たる非常に重要な機能
・細胞分裂の際に中心となって働くのが中心体。中心体がないと、うまく細胞分裂できない。
・更に、中心体の複製は染色体の複製に先行し、驚くべきことに中心体を構成するタンパク質をコードしている領域はＤＮＡには存在しない。
・これらのことから言えることは、中心体について調べていくことは、現在もまだ明らかになっていない生物の起源（ＲＮＡワールド、ＤＮＡワールド、タンパク質ワールドetc.）にも大きく関係してくるのではないか、ということ。
ということでこの間当ブログでも中心体に関する投稿が続いています。
一方細胞分裂に関しては、「細胞周期」という概念を使って、1個の細胞がたどる一連の順序だった出来事（G1→S→G2→M）の追求が進んでいます。
なおこのサイクルの内、中心体の複製（正確には中心小体の解離）はG1期に起こり、染色体（DNA）の複製は次の段階S期に起こります。
細胞分裂という生物にとっての一大イベントを開始させる重要な機能を中心体が担っていることがわかります。
ところでこの中心体の複製はどのような 「合図」 をもとに開始されるのか？
その構造を追及するのが今回のテーマです。
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■サイクリン依存性キナーゼ２-サイクリンE (Cdk2-E)複合体
中心体の複製はサイクリン依存性キナーゼ２-サイクリンE (Cdk2-E)複合体の活性を通じて制御されると言われています。
画像は生化学の基礎からお借りしました
増殖刺激によりサイクリンDが合成され，CDK4と結合する。複合体はCAKによりリン酸化され活性化され，次いでRbタンパク質をリン酸化する。Rbがリン酸化されると結合している転写因子E2Fが離れ，サイクリンEなどのS期進行やDNA複製に必要な遺伝子群の発現が誘導される。
サイクリンEはCDK2に結合してRbをさらに活性化して自らの発現を亢進するとともに，p27Kip1（CKIの1つ）をリン酸化してその分解を促進する。これらにより，S期への進行が実現する。幾つかの段階で，CKIはS期への移行を抑制する。S期に入るとサイクリンEはユビキチン-プロテアソーム系*で分解される。
図中pre-RCの活性化とは、DNA-タンパク質複合体＝複製前複合体（pre-replicative complex: pre-RC）が活性化することで、DNA複製を開始する起点となる物質です。
これとほぼ同時期に中心体の複製は開始されます。中心体上にあるNPM（ヌクレオフォスミンという酵素タンパク質、核小体の構成要素でもある。）がCdk2-E複合体によるリン酸化を受けて中心体から離れることにより複製が開始されるという実験が報告されています。
なおNPMという物質は、有糸分裂時に再び中心体上に戻ることによって、分裂後の娘細胞の中心体がNPMをもつようになります。このことからNPMが中心体複製におけるある種のライセンス因子ではないか？と注目され始めています。
■増殖刺激
ところで上記図の一番起点になっているのが「増殖刺激」です。
多細胞生物の場合細胞周期エンジン（サイクリン・CDK）が完全に機能していてもこの「増殖刺激＝増殖因子」が与えられないと全ての複製・増殖は始まらない。
増殖因子としては、１．細胞や抗原との接触 ２．細胞外マトリクスとの接触 ３．分泌性のタンパク質因子との反応 ４．ステロイドホルモンとの反応などがある。このようにひとつの細胞が分裂するには他の細胞からのシグナルがあることの見逃せません。
またこれら増殖因子→細胞周期エンジン（サイクリン・CDK）→複製・増殖過程で働く要素は、体細胞、幹細胞、初期胚発生過程でそれぞれ異なります。
細胞増殖の原点である初期胚発生過程では、モルフォゲンというシグナルタンパク質が増殖因子となります。
■まとめ
細胞周期と中心体の複製という観点で今回調査を行いましたが、真核生物においては増殖因子が複製の合図を出していることがわかりました。
しかし初期生命に遡った場合これら増殖因子はどこまで存在したのか？原核生物にはこのような因子はあったのか？を引き続き調査することで、細胞複製の起源（＝中心体複製の起源）に近づけると思います。
- by chai-nom
- at 23:41
comments
「増殖刺激」というもの、初めて知りました！
しかも外部要因がないとこの増殖刺激は与えられないのですね。
増殖も外圧に応じて行っているってことは、言われてみればあたり前ですが、意外に抜ける論点かも～って思います。
さんぽさんコメントありがとうございます。
増殖因子の存在は細胞周期を調べていく中で私も始めて知りました。
細胞が分裂するためにはほんとうにたくさんの要因が連携してはじめて開始の合図が出されるようで、それだけ生物にとっては一大イベントであることがわかります。
一方ひとつの細胞分裂も他の要因の影響なしでは始まらないということが改めて分かります。
特に多細胞生物は、分裂の時期や順番が高度に制御されることで、ひとつの個体を維持しており、その統合システムには感心するばかりです。
しかしそういった因子をすべて取り除いた初期生命はどのようにこの分裂を制御・促進していたのか？興味がわいてきますよね。まだまだ追求すべきテーマはたくさんありそうです。
増殖刺激が外部との関係から生じるというのはおもしいとおもいました。
ひとつ質問なんですが、細胞周期の中で、分裂する前に細胞の体積が２倍になるというのを聞いたことがあるのですが、それと外部刺激というのは関係しているのでしょうか？
サイクリングさんコメントありがとうございます。
＞細胞周期の中で、分裂する前に細胞の体積が２倍になるというのを聞いたことがあるのですが、それと外部刺激というのは関係しているのでしょうか？
大腸菌のような原核生物は増殖因子、細胞周期エンジンなどの複雑なシステムはなく、体積が所定の大きさに大きくなるとほぼ自動的に分裂を開始するようです。
多細胞生物とは違い、他の細胞との連携などはほとんど関係がないためこのようなシンプルなシステムになるのでしょう。
しかしここでも疑問があります。所定の大きさになったということを細胞はどのようにして認識するのでしょうか？
細胞内にある内容物の多さ？膜が表面積を認識するのか？それとも他の細胞との接触密度？などなど・・今後調べてみるテーマのひとつです。