ウイルス侵入における細胞膜形態―分子局在―シグナル伝達の時空間同時可視化解析

• Project/Area Number: 17J07984
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Experimental pathology
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 吉田 藍子 北海道大学, 医学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ライブセル高速原子間力顕微鏡 / インフルエンザウイルス / エンドサイトーシス / 細胞膜ナノ動態 / シグナル伝達 / 相関イメージング / 高速原子間力顕微鏡 / 細胞膜動態

Outline of Annual Research Achievements

本研究において、ライブセル高速原子間力顕微鏡（高速AFM）と共焦点顕微鏡を一体化させたハイブリッドイメージングシステムの構築を行い、生きた細胞のエンドサイトーシスに伴う細胞膜ナノ動態を捉えることに成功した（Yoshida et al. 2018 PLoS Biology）。さらにインフルエンザウイルスが宿主細胞へ侵入する瞬間を高い時空間分解能で捉えることに成功した。この観察系では、細胞表面の蛍光標識ウイルス粒子はAFM像に白い輝点として検出され、細胞内部の粒子はAFMでは検出されない。この情報とウイルスの蛍光シグナルの位置情報から、ウイルス粒子が細胞表面か内部に位置するかを空間的に切り分けることができた。さらにクラスリンの局在とともに蛍光標識ウイルスの侵入の様子を観察したところ、クラスリン依存性経路を介したウイルス侵入では、ウイルス周囲に膜のくぼみができること、膜の隆起がウイルス粒子を覆うように取り込むことを見出した。エンドサイトーシス関連タンパク質（Arp3、コータクチン）の相関イメージングと阻害薬を用いた実験から、膜隆起の形成にコータクチンとArp2/3複合体を起点としたアクチン重合が関わっていることを突き止めた。これらは、従来考えられてきたダイナミン依存的な「膜の括り切り」に加え、アクチン依存的なプロセスの小胞形成への関与を示唆する。加えて、ウイルスが誘発するシグナル伝達の一つ（上皮成長因子受容体のシグナル伝達）の下流において、エンドサイトーシスの起きやすい膜ドメインが形成することを明らかにした。今後、さらなるウイルス侵入現場の力学的、あるいはシグナリングの側面からの詳細な解析により、インフルエンザ感染に特異的な分子・細胞膜ナノ動態の解明が見込まれる。本研究で確立した観察系は、他のウイルスの侵入現場観察に応用可能であり、将来的に抗ウイルス対策への寄与が期待される。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)
• [Journal Article] Localization of BCR-ABL to Stress Granules Contributes to Its Oncogenic Function (2019)
  • Author(s): Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Takeshi Kondo, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Hitoshi Sasajima, Maho Amano, Takanori Teshima, Yusuke Ohba
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 44 Issue: 2 Pages: 195-204
  • DOI: 10.1247/csf.19033
  • NAID: 130007775561
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Folding Latency of Fluorescent Proteins Affects the Mitochondrial Localization of Fusion Proteins (2019)
  • Author(s): Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Prabha Nepal, Atsushi Tsuzuki, Ozora Aoki, Sarad Paudel, Hitoshi Sasajima, Yusuke Ohba
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 44 Issue: 2 Pages: 183-194
  • DOI: 10.1247/csf.19028
  • NAID: 130007775556
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 細胞が情報物質を取り込む瞬間の撮影に成功-細胞表層で進行する生命現象の理解と解明への技術革新 (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、鈴木勇輝、吉村成弘
  • Journal Title: 生化学 Volume: 74 Pages: 42-46
  • NAID: 40021780793
• [Journal Article] 高速原子間力顕微鏡で生きた細胞表面の動態を見る (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、鈴木勇輝、吉村成弘
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 77 Pages: 1-3
• [Journal Article] 高速AFMによるエンドサイトーシス膜変形過程のライブセルイメージング (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、鈴木勇輝、吉村成弘
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 77 Pages: 1-3
  • NAID: 40021786823
• [Journal Article] Morphological changes of plasma membrane and protein assembly during clathrin-mediated endocytosis (2018)
  • Author(s): Yoshida Aiko、Sakai Nobuaki、Uekusa Yoshitsugu、Imaoka Yuka、Itagaki Yoshitsuna、Suzuki Yuki、Yoshimura Shige H.
  • Journal Title: PLoS Biology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visualization of conformational variability in the domains of long single-stranded RNA molecules. (2017)
  • Author(s): Gilmore JL, Yoshida A, Hejna JA, Takeyasu K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research. Volume: 45 Issue: 14 Pages: 8493-8507
  • DOI: 10.1093/nar/gkx502
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo dynamics of the cortical actin network revealed by fast-scanning atomic force microscopy (2017)
  • Author(s): Zhang Yanshu、Yoshida Aiko、Sakai Nobuaki、Uekusa Yoshitsugu、Kumeta Masahiro、Yoshimura Shige H.
  • Journal Title: Microscopy Volume: 66 Issue: 4 Pages: 272-282
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfx015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] クラスリン依存性エンドサイトーシスに伴う細胞膜動態のライブセル可視化解析 (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Probing in vivo dynamics of plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、高橋直希、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Live-cell imaging and analysis of the plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis by high-speed atomic force microscopy (2019)
  • Author(s): Aiko Yoshida, Nobuaki Sakai, Naoki Takahashi, Shige. H. Yoshimura, Yusuke Ohba
  • Organizer: ASCB|EMBO 2019 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡によるエンドサイトーシスに伴う細胞膜の形状変化のライブセルイメージング (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、高橋直希、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第71回細胞生物学会
• [Presentation] エンドサイトーシスに伴う膜形状変化の生細胞高分解計測 (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、高橋直希、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 平成30年度北大細胞生物研究集会
• [Presentation] 光遺伝学を用いた細胞競合誘導系の確立 (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、青木大空、藤岡容一朗、大場雄介
  • Organizer: 第8回細胞競合コロキウム
• [Presentation] Involvement of actin dynamics in the endocytic process revealed by fast-scanning atomic force microscopy (2018)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による細胞膜動態のライブセルイメージング－クラスリン依存的エンドサイトーシスの新たな膜変形モデルの提唱 (2018)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第98回日本生理学会北海道地方会
• [Presentation] Nano-scale live-cell imaging of morphological changes of plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis with fast-scanning atomic force microscopy (2018)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: ASCB|EMBO 2018 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による細胞膜動態の観察―クラスリン依存的エンドサイトーシスに伴う膜変形機構― (2018)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、植草良嗣、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 新学術領域「幹細胞老化と疾患」「細胞競合」総括班主催「若手の会」
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による細胞膜動態のナノスケールライブセルイメージング―クラスリン依存的エンドサイトーシスに伴う膜変形機構― (2018)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、植草良嗣、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第7回細胞競合コロキウム
• [Presentation] High-Speed Aqueous Atomic Force Microscopy Correlated with Confocal Microscopy Allows High-Resolution Imaging of Virus Endocytic Uptake into Living Cells (2018)
  • Author(s): Yamauchi Yohei、Miyake Yasuyuki、Sakai Nobuaki、Yoshida Aiko、Usukura Eiji、Ohba Yusuke、Helenius Ari、Usukura Jiro
  • Organizer: British Society for Cell Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] クラスリン依存的エンドサイトーシスにおける細胞膜携帯変化とアクチンの関与 (2017)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、植草良嗣、粂田昌宏、吉村成弘
  • Organizer: 第69回細胞生物学会大会
• [Presentation] Cortical actin dynamics is involved in endocytic process revealed by fast-scanning atomic force microscope (2017)
  • Author(s): Yoshida Aiko、Sakai Nobuaki、Uekusa Yoshitsugu、Kumeta Masahiro、Yoshimura Shige. H.
  • Organizer: 3rd International Symposium on Cell Competition. Cell Competition in Development and Cancer
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡を用いた細胞表面膜構造動態のライブセルイメージング (2017)
  • Author(s): 吉田藍子、酒井信明、植草良嗣、粂田昌宏、吉村成弘、大場雄介
  • Organizer: 第40回分子細胞生物学会年会