6.3: 酵母のシグナル伝達

概要

酵母は単細胞生物ですが、細菌とは異なり、真核生物として細胞が核を持っています。酵母の細胞内シグナル伝達は、他の真核細胞のシグナル伝達と似ています。酵母細胞の外にあるタンパク質や低分子などのリガンドは、細胞表面の受容体に結合します。この結合により、セカンドメッセンジャーキナーゼ（特定の基質をリン酸化する酵素）が刺激され、遺伝子発現を制御する転写因子を活性化または不活性化します。多くの酵母の細胞内シグナルカスケードは、ホモ・サピエンスと同じような形であり、酵母はヒトの細胞内シグナルを研究する便利なモデルとなっています。

シグナルカスケードが酵母の繁殖を促します

酵母は菌界の仲間です。酵母は様々な機能にシグナルを利用しており、特に繁殖にはシグナルが必要です。酵母は、アミノ酸の短鎖のペプチドから成る交尾フェロモンを使って、有性生殖を行うことができます。酵母のコロニーは、二倍体と一倍体の両方の細胞で構成されます。どちらの細胞も有糸分裂をしますが、二倍体の細胞のみが減数分裂をします。二倍体細胞が減数分裂をする時、胞子と呼ばれる4つの一倍体の細胞は同一ではありません。実際、二倍体細胞1つの4つの胞子への分裂は、MAT-a型とMAT-α型の2種類から成る、2つの性別を作ります。

MAT-a型細胞はフェロモンと呼ばれる交尾シグナルを分泌し、MAT-α型の細胞を引き寄せます。その逆もまた成り立ちます。交尾ホルモンは細胞膜上の受容体と合体したGタンパク質に結合します。結合により、Gタンパク質は分裂促進因子活性化タンパク質（MAP）キナーゼのカスケードを開始します。このシグナルカスケードで、MAPキナーゼ蛋白質ファミリーのメンバーが、別のMAPキナーゼを特異的にリン酸化し、さらに別のMAPキナーゼ等をリン酸化していきます。これらのキナーゼは最終的に転写因子をリン酸化し、約200種類近くの遺伝子発現を変化させて、細胞を交尾に受容的にします。これら変化により、細胞膜と細胞質がフェロモンの方向に向かって伸長します。この伸長はシュムーと呼ばれ、フェロモンの濃度勾配に沿って、相手とつながるまで続けられます。そして、2つの酵母細胞は合体し、染色体を合体させて1つの2倍体細胞となります。

酵母のクオラムシグナル

酵母は、複雑な多細胞生物に見られるシグナル伝達機構に類似した多くの細胞シグナル伝達装置を用いているものの、細胞に似てコロニーで生活する個々の単細胞生物です。細菌と同様、酵母も細胞間やさらにはコロニー間でクオラムセンシングシグナルを用います。細胞密度が高くなると、酵母はクオラムシグナルを分泌し始め、サブコロニーでは特殊な機能や地域を表現しながら、個々の酵母細胞をコロニーに集めます。クオラムシグナルは、タンパク質のような複雑な分子から構成される必要はありません。実際、酵母は低分子化合物であるアンモニアを生成することができ、これが酵母細胞を生存区域とアポトーシス（プログラムされた細胞死）区域に分けるクオラムシグナルの役割を果たします。アンモニアの濃度が最も低いコロニーの端では、細胞が増殖します。十分な量のアンモニアが生成されると、アンモニアはコロニー全体の成長を阻害し、さらには隣接するコロニーの成長も阻害することができます。

酵母は人の組織に感染できます

人間の酵母感染症には、鵞口瘡（口の中に痛みを伴う白い斑点ができます）、食道カンジダ症（食道に広がる鵞口瘡）、膣イースト菌感染症（膣の痛み、かゆみ、灼熱感を引き起こします）、水虫などの皮膚のかゆみや発疹など様々あります。最も危険な酵母感染症は、菌が血流に侵入する際に生じます（真菌血症）。これは生命を脅かす状態です。すべての真菌感染症は、上述のように真菌が成長して、互いにシグナルを送り合うと広がります。

多細胞生物のように 酵母菌のような単細胞の真核生物は細胞表面の 受容体タンパク質を使って伝達します 例えば、酵母菌の繁殖の一過程において 縮瞳から生成される一倍体細胞は 接合因子を解放し、ペプチドフェロモンなどの 近接した細胞表面の特別な受容体と符合する分子に 信号を送ります 接合因子がGタンパク質共益型受容体に結合すると より複雑な細胞間情報伝達の過程が 始まります とりわけ、活性化したGTP結合タンパク質と 分離したサブユニットはいくつかの 他の効果器および骨格タンパク質と相互作用して最終的に タンパク質キナーゼカスケードの活性化を促進し 結合に特化した遺伝子の転写を引き起こします 加えて、この過程が酵母菌に信号を送り 近接するパートナーの方向に成長させます シュムーイングと呼ばれるプロセスです 二つが接触すると、それらの細胞核とDNAが融合し 二倍体の酵母細胞となります