Mucins are a group of large, highly O-glycosylated proteins that are either secreted or membrane-associated. Until recently, functions of membrane-associated mucins were obscure, except for protection of cell surface by their viscosity. Increasingly, however, evidence is being emerged that some membrane-associated mucins regulate intracellular signaling, both in mammals and in yeast. Those are therefore termed signaling mucins.

Msb2 is a yeast signaling mucin, and is composed of a large, highly glycosylated (mucin-like) extracellular domain, a transmembrane segment, and a relatively short cytoplasmic domain. My previous study has demonstrated that Msb2 is a likely osmosensor for the osmoregulatory Hog1 MAPK pathway (EMBO J 26: 3521-3533, 2007), and another group has reported that Msb2 is also involved in the filamentous growth/invasive growth (FG/IG) Kss1 MAPK pathway. Expression of Msb2 mutants that lack a significant portion of the mucin-like Ser/Thr-rich domain activates the HOG and the FG/IG MAPK pathways, indicating that the mucin-like domain of Msb2 has an inhibitory function.

In this thesis, I will describe my recent findings about the regulatory mechanism of Msb2 in the HOG and the FG MAPK pathways. I found that the FG-specific Kss1 MAPK is activated by defective glycosylation of Msb2 resulting from a combination of an O-glycosylation defect caused by disruption of the gene encoding the protein O-mannosyltransferase Pmt4, and an N-glycosylation defect induced by tunicamycin. The O-glycosylated membrane proteins Msb2 and Opy2 are both essential for activating the FG MAPK pathway, but only defective glycosylation of Msb2 activates the FG MAPK pathway. Although the osmoregulatory HOG MAPK pathway and the FG MAPK pathway share almost the entire upstream signaling machinery, osmostress activates only the HOG-specific Hog1 MAPK. Conversely, now I show that glycosylation defects usually activate only Kss1. In the absence of Kss1, however, glycosylation defects do activate Hog1. Activated Kss1 inhibits Hog1 via the Ptp2 tyrosine phosphatase. (Figure A) When Hog1 is activated by glycosylation defects in ptp2 mutant cells, Kss1 activation is suppressed by Hog1. (Figure B) Mutating HOG1 gene in ptp2 mutant cells relieves the suppression of Kss1 activity by Hog1. (Figure C) Thus, the reciprocal inhibitory loop between Kss1 and Hog1 allows only one or the other of these MAPKs to be stably activated under various stress conditions.

本論文は6章からなり、15の図版および68の引用論文を含む。

第1章(Abstract)は本学位論文の要旨である。

第2章(Introduction)は、6節よりなるイントロダクションである。MAPキナーゼに関する一般論より説き起こし、MAPキナーゼ経路を制御するムチン様多糖タンパク質、酵母とほ乳類とのMAPキナーゼシグナル伝達経路の比較、酵母における接合、繊維状生育、高浸透圧応答に関与する3種のMAPキナーゼシグナル伝達経路、細胞内シグナル伝達の特異性維持機構など、本論文に関係のある諸分野を概説している。同時に、本研究開始時点での当該分野の概況を、目下不足している知識やこれから解明すべき問題点の事例を挙げながらまとめ、章を閉じている。短いながらも、MAPキナーゼ経路の制御機構について、バランスよく解説されている。

第3章(Results)は、7節よりなる実験結果である。まず第1節において、膜タンパク質のN-型糖鎖修飾とPmt4によるO-型糖鎖修飾との欠損がFUS1-1acZ遺伝子の発現を誘導することを見出した。第2節においては、糖鎖修飾欠損によるFUS1-1acZ遺伝子発現に、繊維状生育(FG)シグナル伝達経路の活性化が必要であることを示した。さらに第3節において、糖鎖修飾欠損が繊維状生育反応を引き起こすことをも示した。第4節で、FGシグナル伝達経路に関与する膜タンパク質であるOpy2とMsb2がいずれもPmt4依存的にO-型糖鎖修飾を受けることを示したが、第5節において、FGシグナル伝達経路の活性化を引き起こすのはMsb2の糖鎖修飾欠損のみであり、Opy2の糖鎖修飾は無関係であることを証明した。第6節においては、糖鎖修飾欠損により活性化したFG経路のKsslMAPキナーゼが高浸透圧応答経路のHoglMAPキナーゼを阻害することを示した。最後に、第7節において、FG経路と高浸透圧応答経路との間の相互阻害の分子機構を更に詳細に解析した。

本論文では、数多くの新知見が報告されている。一部例外はあるものの、全般的に実験計画や得られたデータの解釈は緻密であり、最終的なモデルも充分な信頼性がある。膜タンパク質糖鎖修飾とMAPキナーゼシグナル伝達とについてこのように詳細に解明した例はなく、きわめて高い意義がある。

第4章(Discussion)は考察である。本論文で解明した糖鎖修飾欠損によるFG経路の活性化機構、FG経路と高浸透圧応答経路との相互阻害機構などについて、更に考察を深めた。

第5章(Perspective)では、将来の展望や未解決の問題点などについて簡潔に述べている。

第6章(MaterialsandMethods)においては、本論文で使用された実験方法のうち主要なものを述べている。

以上述べたように、本論文は、糖鎖修飾欠損によるFG経路活性化機構の詳細を解明すると共に、FG経路と高浸透圧応答経路との相互阻害機構を見出し、さらに将来の研究方向をも示唆する、重要な成果であると評価できる。

なお、本論文第2章は、舘林和夫、山本勝良、斎藤春雄との共同研究であるが、論文提出者が主体となって実験の立案とその実施、データの分析、及び検証を行ったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。

したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。