分裂酵母の有性生殖には多数の遺伝子が関与し、それらの協調的な働きを通じて細胞は接合・減数分裂をおこなう。この過程にはRas-MAPKカスケードや、三量体Gタンパク質、Aキナーゼなど、高等真核生物に広く保存されている因子が関与しており、分裂酵母の有性生殖の研究が高等真核生物のさまざま機構の研究に適したすぐれたモデルであることを示唆している。この有性生殖に欠損を生じる変異体として分裂酵母ではste変異体が初期の研究により多く単離され、その解析を通じてこの複雑な分化の機構が徐々に明らかにされてきた。しかし、今日ではその全体像がイメージされるようになってきたものの、やはりその詳細な分子機構には未解明の点が無数に残されている。

　本研究では、ste変異株のうちの一つでこれまでに解明されていないste7変異株について、その原因遺伝子の性格付けとその産物の機能についての解析を行い、分裂酵母の有性生殖におけるその役割について考察した。

　ste7変異株は接合・胞子形成ともに不能であることから、その産物はこの両過程に必要であると予想されていた。しかしながら、ste7⁺を野生型一倍体株に導入して過剰発現させると確かに接合を促進したが、野生型二倍体株に導入して減数分裂に対する影響を調べたところ、その株では減数分裂が部分的に抑圧されていた。また、pat1-114変異株を用いた解析から、ste7破壊株はste7⁺株に比べてむしろ減数分裂過程に移行しやすくなっていることが明らかとなった。

　ste7の発現パターンをNorthem解析により調べたところ、その発現は有性生殖が誘導される栄養源飢餓時のみに起こっていた。さらにGFP融合タンパク質を用いた観察から、Ste7タンパク質産物は接合時には細胞内に存在するものの、接合過程が完了した接合体においては消失していることがわかった。さらに詳しく時間経過を追って調べたところ、Ste7pは、接合した細胞どうしの細胞質が融合してから二つの核が融合するまでの間に消失することが明らかとなった。また、二倍体において減数分裂開始までのSte7GFPの挙動を調べたところ、やはり減数分裂前DNA合成時にはすでに消失していることが明らかとなった。また、どちらの場合も、まず核内のSte7pが先に消失しているようであった。これらの結果は,ste7遺伝子産物が接合過程を促進しつつ、正しく接合過程が完了するまでは減数分裂過程に入らないように、細胞の活性を調節している可能性を示唆している。また、二倍体においても減数分裂前DNA合成の前に発現され、その機能が発揮されなければならないことを示唆しており、ste7変異株において減数分裂に欠損が現れるのはこの時にste7⁺が機能しないからであると考えられる。しかしながら、上述したようにste7⁺の機能として、減数分裂の開始を抑制する機能が示唆されたため、二倍体ste7変異株が減数分裂を開始できない原因をさらに詳しく調べた。その結果、ste7変異株では接合フェロモンへの応答がまったく起こらないことがわかった。分裂酵母は二倍体でも減数分裂過程に入る前には接合フェロモンのシグナルを必要とする。ste7変異株はこの接合フェロモンのシグナルが伝達されないために、減数分裂を開始できないのだと考えられる。これを支持する実験結果として、接合フェロモンのシグナル伝達系において下流で機能するMAPKKKのホモログbyr2などを過剰発現すると、ste7変異株の減数分裂不能の表現型は抑圧された。

　上記のようなste7⁺の機能がどのような因子との相互作用によってなされているのかを、活性の低下したste7のアリルste7-111を用いて遺伝学的に解析した結果、ste7-111変異株の接合率低下の表現型はpat1-114温度感受性変異によって抑圧されることがわかった。さらに、この抑圧活性にはmei2⁺の活性を必要とすることもわかった。また、2-ハイブリッドシステムを用いた解析からも、ste7⁺がpat1⁺およびmei2⁺と相互作用することが示唆され、ste7⁺がこれらの因子との相互作用を介して接合・減数分裂の両過程をコーディネートしている可能性が考えられた。これまでの研究からpat1⁺は分裂酵母の接合・減数分裂を負に制御していることが明らかにされている。分裂酵母の有性生殖においては、栄養源の枯渇と接合因子のシグナルが必要とされるが、pat1-114温度感受性変異株はそれらの条件を無視し、制限温度ではいきなり減数分裂を開始し、また、それよりもやや低い温度においては接合を開始する。この現象から、pat1⁺は接合時には部分的に不活化され、減数分裂開始時に完全に不活化されるという仮説が提唱されていた。減数分裂の際にはMei3タンパク質によってPat1キナーゼ活性が完全に抑えられることが明らかになっているが、接合の際にPat1キナーゼを部分的に不活化するという微妙な制御が実際に存在するのかについてはまったくわかっていなかった。本研究で解析したste7⁺の結果は、この部分的な不活化を担う因子としてste7⁺が有力な候補になり得ることを示唆している。そこで、Ste7タンパク質を用いてPat1キナーゼの活性に及ぼす影響を調べた。Ste7タンパク質は大腸菌ではうまく産生できなかったため、分裂酵母にSte7GST融合タンパク質を過剰発現し、精製して用いた。Pat1キナーゼの基質としてMei2タンパク質を用いたところ、Mei2pのリン酸化はste7タンパク質を加えた場合、対照としてGSTのみを加えた場合と比べて減少した。また、このリン酸化はSte7タンパク質の量を増やしても完全には抑えられなかった。これらの結果から、栄養源飢餓時には細胞内でSte7タンパク質が発現誘導されてPat1キナーゼを部分的に不活化し、それが細胞に接合の活性を与えている可能性が示唆された。また、接合時にはPat1キナーゼが完全に不活化されると減数分裂がいきなり開始されてしまうため、ste7⁺はPat1キナーゼの活性を低下させるものの、ある程度の活性を維持できるように調節する機能も有している可能性が考えられる。また、Ste7pは細胞内で高度にリン酸化されており、このリン酸化はpat1非存在下でも見られることなどから、Ste7pは未知のキナーゼによるリン酸化の制御を受け、上記のような有性生殖の制御に関わっているのではないかと考えられる。

　本研究において解析したste7遺伝子は、分裂酵母の有性生殖の過程において正・負両方に機能することが示唆された。このような制御はpat1⁺およびmei2⁺との相互作用を介しておこなわれていることが示唆されたが、少なくともその表現型から考えて、ste7⁺はこれらの因子以外とも相互作用している可能性が高い。例えば、mei2遺伝子破壊株は接合にある程度の欠損は見られるものの、ste7変異株のように完全な接合不能とはならない。Pat1キナーゼの標的タンパク質はMei2p以外にも複数存在することが予想されており、それらが接合過程には必要なのかもしれない。今後、そのような因子を同定し、ste7⁺との関わりを調べることで、ste7⁺による有性生殖の制御がより明らかになることを期待する。また、GFPを用いた観察結果などからもわかるように、Ste7のタンパク自体にも厳密な制御がなされていると思われる。その転写レベルの制御はマスター転写因子Ste11pによりなされていることが明らかにされているが、タンパク質レベルの制御に関してはそのアミノ酸配列などから有力な手がかりは得られていない。Ste7タンパク質は少なくともリン酸化および分解による制御を受けているようであるため、今後はこれら二つの制御の関係やそれらの生理的意義に関する研究を通じて、複雑な有性生殖の機構の解明にブレイクスルーが得られることを期待したい。