ヒト細胞骨格の“祖先”を古細菌で発見 -微小管の進化の謎に新知見-

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2026-07-16 理化学研究所,名古屋大学,ウィタヤシリメティー科学技術大学院大学,岡山大学,科学技術振興機構

理化学研究所(理研)などの国際共同研究グループは、真核生物に最も近いとされるアスガルド古細菌の一種「ヘイムダル古細菌」から、ヒトを含む真核生物の微小管の祖先と考えられる原始的な細胞骨格を発見した。この微小管は、真核生物の13本ではなく4本のプロトフィラメントからなる小型で単純な構造だったが、GTP依存的な重合、極性、伸長と急速な短縮を繰り返す動的不安定性、膜を押して変形させる力の発生という、現代の微小管に共通する4つの重要な性質を備えていた。一方、真核生物の微小管より細く柔らかく、発生する力も小さいことから、進化の過程でより強く硬い13本構造へ発達した可能性が示された。この成果は、約20億年前に真核生物が誕生した際、細胞骨格がどのように進化したかを理解する重要な手掛かりとなるだけでなく、人工細胞や合成生物学で細胞の形や動きを設計する新技術への応用も期待される。

ヒト細胞骨格の“祖先”を古細菌で発見 -微小管の進化の謎に新知見-
今回の研究で明らかにした原始的な微小管の構造と機能

<関連情報>

ヘイムダルカルカエレスα/β-チューブリン由来の4本プロトフィラメント微小管の構造とダイナミクス Structure and dynamics of a four-protofilament microtubule from Heimdallarchaeales α/β-tubulin

Linh T. Tran, Samson Ali, Tomoharu Matsumoto, Yosuke Yamazaki, […] , and Robert C. Robinson
Science Advances  Published:15 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh4305

Abstract

Eukaryotic microtubules are typically 13-protofilament tubes assembled from α/β-tubulin heterodimers that combine mechanical rigidity with dynamic instability. Homologous tubulins have been identified in Asgard archaea, the closest prokaryotic relatives to eukaryotes. Here, we characterize a heterodimeric α/β-tubulin system from Heimdallarchaeales. Biochemical reconstitution shows that Heim–α/β-tubulin forms a heterodimer that undergoes guanosine 5′-triphosphate–dependent polymerization with coupled nucleotide hydrolysis. Cryo–electron microscopy reveals that the polymers are composed of four-protofilament tubules, with microtubule-like lattices formed by conserved longitudinal interfaces and ball-and-socket lateral contacts. Single-filament imaging demonstrates intrinsic kinetic polarity and dynamic instability, while liposome encapsulation shows that microtubule growth generates forces sufficient to deform membranes. Despite their reduced protofilament number, Heim–α/β-microtubules share key structural and dynamic features with eukaryotic microtubules but exhibit lower bending stiffness and polymerization force. Thus, microtubule-like polymers can form from a range of protofilament numbers, with reduced architectures potentially adapted to small cellular dimensions and lower mechanical loads. Together, our results indicate expansion in microtubule protofilament number during eukaryogenesis.

細胞遺伝子工学
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