Analysis of membrane deformation and signaling using optogenetic approach

• Project/Area Number: 16K14692
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Functional biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Shimada Nao 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (90596850)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: リン脂質膜ータンパク質相互作用 / BARドメインタンパク質 / 細胞性粘菌 / 膜変形 / 再構成 / 脂質膜 / 光遺伝学 / 脂質 / 細胞骨格 / 細胞情報伝達機構 / リン脂質膜ータンパク質の相互作用

Outline of Final Research Achievements

In living cells, membrane deformation caused by actomyosin reorganization regulated by signal molecules lie on them. In this process, the membrane serves as reaction field for signal molecules to organize cytoskeletal proteins. However, it remains unclear how the membrane deformation affects those signaling on plasma membrane. In this work, we try to establish the optogenetic approach for manipulation of membrane deformation spatiotemporally using modified BAR-domain proteins in reconstitution system without cytoskeletal proteins.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

リポソームや油層中の水滴といった細胞と模した構成的研究は盛んに行われている。しかし実際の細胞膜はこれらとは異なり複雑な貫入や突出がある。本研究は貫入と突出を時空間的に操作する実験系の確立はできなかったが、BARドメインタンパク質の有無により膜の形状を内部より変えられることを示した。これを再構成実験に応用することで、脂質膜上で行われる生体反応をより細胞に近い状態で再現しうることが期待される。