原始的ミトコンドリアDNA複製酵素の発見

ミトコンドリア^※1 は、祖先真核生物の細胞内に共生した細菌（α（アルファ）プロテオバクテリア^※2 ）から進化した細胞内小器官です。独自のゲノム（ミトコンドリアゲノム）を持っており、これはαプロテオバクテリア共生体のゲノムが縮退した結果です。真核生物の多くのグループではPOPと呼ばれるDNA複製酵素（DNAポリメラーゼ）がミトコンドリアゲノムの複製をしています。

本研究では、真核生物の多様な系統からPOPを含めて既知タイプとは異なる10種類の新奇DNAポリメラーゼを発見しました。これらについて、それぞれの進化的起源と細胞内で機能する場所を詳細に解析した結果、その中の一つ「rdxPolA」がミトコンドリアゲノムの複製を行っており、αプロテオバクテリア共生体が持っていたDNAポリメラーゼの直系の子孫であると判明しました。rdxPolAは祖先的なミトコンドリアゲノムを複製すると考えられ、原始真核生物から、現在地球上に棲息する真核生物に至るまでの、ミトコンドリアゲノム用DNAポリメラーゼの進化シナリオが提案されました。

本研究成果は、ミトコンドリアのDNA複製機構がどのように進化してきたか、原始真核生物細胞内でミトコンドリアがどのように確立したのかを解明する上で重要な知見を提供します。

図　本研究で発見したrdxPolAの系統樹と蛍光写真
　A：rdxPolAとそれに関連するDNAポリメラーゼの系統樹。rdxPolAは、葉緑体で働く別の新奇DNAポリメラーゼ（cryptoPolA）とαプロテオバクテリアのDNAポリメラーゼと進化的に近縁である。図中に矢印で示した枝は、rdxPolAとαプロテオバクテリアのDNAポリメラーゼの近縁性を表し、この進化的関係は、高い統計的支持を受けた。B：rdxPolAタンパク質のアミノ酸配列の一部と融合させた緑色蛍光タンパク質（GFP）^※3 を発現する出芽酵母の蛍光写真。酵母細胞の形を白の破線で示す。C：Bと同じ出芽酵母細胞のミトコンドリアを染色した際の蛍光写真。赤で示すミトコンドリアの局在と、Bにおいて緑で示すrdxPolAの局在が酵母細胞内の同じ位置に観察されることから、rdxPolAはミトコンドリア内に存在していると考えられる。

詳細は 筑波大学のサイトをご覧ください。