細胞小型化の実験的進化は、細胞サイズ進化のメカニズムを明らかにする

科学分野:

• 細胞生物学
• 進化学
• 遺伝学

背景:

• 細胞容積は生理機能に不可欠であり、細胞サイズ恒常性によって維持される。
• 著しい細胞サイズのずれは有害である可能性があるが、進化的分岐は広大である。
• 生理機能の妥協なしに細胞サイズ多様性を可能にするメカニズムは不明である。

研究 の 目的:

• 多様な細胞サイズをサポートするために細胞サイズ恒常性がどのように進化するかを調査する。
• 出芽酵母*Saccharomyces cerevisiae*における細胞小型化の遺伝的基盤を理解する。
• 細胞サイズ調節の進化的可塑性を探求する。

主な方法:

• 1,500世代にわたる小型化出芽酵母*Saccharomyces cerevisiae*細胞を選択する実験的進化。
• 進化させた集団の全ゲノムシーケンシング。
• G1サイクリンCLN3およびGreatwallキナーゼRIM15シグナル伝達経路の遺伝子操作。

主要な成果:

• 細胞容積を6分の1に縮小させ、堅牢で進化的安定性のあるサイズ恒常性を維持した。
• 進化させた細胞は競争的適応度を維持し、小型化が生理機能を損なわないことを示した。
• G1サイクリンCLN3およびGreatwallキナーゼRIM15シグナル伝達経路を主要な調節因子として特定し、小型化を駆動する適応的変異と肥大を引き起こす機能喪失変異を同定した。

結論:

• 細胞サイズ恒常性は著しい進化的可塑性を示す。
• CLN3およびRIM15経路は、真核細胞の細胞サイズ進化のメカニズムを提供する。
• 細胞生理機能を損なうことなく、劇的な細胞サイズの変化を達成できる。