１次元細胞運動における核と細胞膜の協調移動機構の解明

• Project/Area Number: 20KK0341
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 末次 志郎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70345031)
• Project Period (FY): 2021 – 2024
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
• Keywords: 細胞運動 / 生体膜

Outline of Research at the Start

細胞運動は、２次元平面あるいは３次元空間の細胞を用いて解析されてきたため、単純な解析系が望まれていた。研究チームは、細胞が１次元ファイバー上に接着し運動することを見出し、また、申請者は、I-BARドメインを持つIRSp53が、１次元の細胞運動に関与する突出膜の構造形成を担っていることを明らかにしてきた。さらに、IRSp53が、核と細胞膜を結びつけ、核の移動を担うことを見出した。本研究で、この知見を発展させ、１次元、２次元、３次元の細胞の突出膜形成と核の移動を結びつけ、細胞運動を駆動する分子機構を比較し、解明する。さらに、これらの細胞運動を統合して理解する理論を開発することを試みる。

Outline of Annual Research Achievements

１次元、２次元、３次元運動の実験的解析
米国共同研究チームでは、直径100 nm程度以上のポリスチレンファイバーをメッシュ状に編み込み、細胞外基質の繊維に相当する太さの人工繊維を得ることができる。研究では、米国共同研究先の作成したポリスチレンファイバーに、申請者らが渡航前に作成したIRSp53や関連因子のノックアウト細胞などを用い、米国共同研究先にて申請者と共同で１次元の細胞外基質での細胞運動の性質、特に、細胞膜と核の連結機構、を顕微鏡観察した。その結果、細胞突起の形成が亢進することがわかった。一方で、IRSp53が形成する細胞突起は、細胞外小胞へと転換することがわかってきた。１次元ファイバー上で細胞突起の切断の様子を観察したところ、その増加が見られた。さらに、前年度理論予測されたミオシンとIRSp53などの膜を変形するタンパク質やアクチン重合が、細胞突起形成において協働し、その協働は、１次元ファイバー上で増大していることが示された。
１次元、２次元、３次元運動の理論的解析
IRSp53のような膜結合タンパク質をアクチンなどの膜変形能力を定式化し、格子モデルで表現したところ、膜を曲げる力が加わることが、突起形成に必要十分であることを理論的に示すことに成功した。現在のところ２次元平面上の細胞のみシミュレーションに成功している。さらに、細胞突起は、細胞の表面を移動することがシミュレーションにより示され、実験結果と一致することがわかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目的は達し、細胞外小胞などへ展開できているため。

Strategy for Future Research Activity

細胞突起の伸長だけでなく、その切断などへ展開していく予定である。１次元ファイバーとミオシンやIRSp53などの分子の組み合わせなどにより、細胞外小胞を大量に産生するプラットフォームを形成する。

Research Products

• [Journal Article] International Society for Extracellular Vesicles Workshop. QuantitatEVs: multiscale analyses, from bulk to single extracellular vesicle. (2024)
  • Author(s): Manuela Basso,Alessandro Gori,Caterina Nardella,Mari Palviainen,Marija Holcar,Ioannis Sotiropoulos,Sylwia Bobis-Wozowicz,Vito G D'Agostino,Elena Casarotto,Yari Ciani,Shiro Suetsugu et al
  • Journal Title: Journal of extracellular biology Volume: 3 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/jex2.137
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Membrane Proteins: Function, Structure, and Dynamics. (2023)
  • Author(s): Yosuke Senju,Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Membranes Volume: 13 Issue: 12 Pages: 904-904
  • DOI: 10.3390/membranes13120904
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The SH3 binding site in front of the WH1 domain contributes to the membrane binding of the BAR domain protein endophilin A2. (2023)
  • Author(s): Pei Fang Sim,Min Fey Chek,Nhung Thi Hong Nguyen,Tamako Nishimura,Takehiko Inaba,Toshio Hakoshima,Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Journal of biochemistry Volume: 175 Issue: 1 Pages: 57-67
  • DOI: 10.1093/jb/mvad065
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation of PACSIN2 at S313 Regulates Podocyte Architecture in Coordination with N-WASP. (2023)
  • Author(s): Rim Bouslama,Vincent Dumont,Sonja Lindfors,Lassi Paavolainen,Jukka Tienari,Harry Nisen,Tuomas Mirtti,Moin A Saleem,Daniel Gordin,Per-Henrik Groop,Shiro Suetsugu,Sanna Lehtonen
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Issue: 11 Pages: 1487-1487
  • DOI: 10.3390/cells12111487
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Small GTPase Cdc42, WASP, and scaffold proteins for higher-order assembly of the F-BAR domain protein (2023)
  • Author(s): Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor, Nhung Thi Hong Nguyen, Theng Ho Cheong, Min Fey Chek, Toshio Hakoshima, Takehiko Inaba, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Tamako Nishimura, Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Science Advances Volume: 9 Issue: 17
  • DOI: 10.1126/sciadv.adf5143
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Theoretical model of membrane protrusions driven by curved active proteins (2023)
  • Author(s): Ravid Yoav、Penic Samo、Mimori-Kiyosue Yuko、Suetsugu Shiro、Iglic Ales、Gov Nir S.
  • Journal Title: Frontiers in Molecular Biosciences Volume: 10 Pages: 1153420-1153420
  • DOI: 10.3389/fmolb.2023.1153420
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protrusion-derived vesicles: new subtype of EVs? (2023)
  • Author(s): Gisela D’Angelo, Gra_a Raposo, Tamako Nishimura, Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Nature Reviews Molecular Cell Biology Volume: 24 Issue: 2 Pages: 81-82
  • DOI: 10.1038/s41580-022-00555-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Actin Filaments Couple the Protrusive Tips to the Nucleus through the I-BAR Domain Protein IRSp53 during the Migration of Cells on 1D Fibers (2023)
  • Author(s): Apratim Mukherjee, Jonathan Emanuel Ron, Hooi Ting Hu, Tamako Nishimura, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Bahareh Behkam, Yuko Mimori-Kiyosue, Nir Shachna Gov, Shiro Suetsugu, Amrinder Singh Nain
  • Journal Title: Advanced Science Volume: 10 Issue: 7 Pages: 2207368-2207368
  • DOI: 10.1002/advs.202207368
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of the novel extracellular vesicles produced from filopodia (2022)
  • Author(s): 西村 珠子, 末次 志郎
  • Journal Title: 生化学 Volume: 94 Issue: 4 Pages: 585-589
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940585
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2022-08-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Machine learning-based impedance system for real-time recognition of antibiotic-susceptible bacteria with parallel cytometry (2022)
  • Author(s): Tao Tang, Xun Liu, Yapeng Yuan, Ryota Kiya, Tianlong Zhang, Yang Yang, Shiro Suetsugu, Yoichi Yamazaki, Nobutoshi Ota, Koki Yamamoto, Hironari Kamikubo, Yo Tanaka, Ming Li, Yoichiroh Hosokawa, Yaxiaer Yalikun
  • Journal Title: Sensors and Actuators B: Chemical Volume: 374 Pages: 132698-132698
  • DOI: 10.1016/j.snb.2022.132698
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reverse sorting of immortalized megakaryocyte progenitor cell lines (imMKCLs) by femtosecond laser scanning. (2022)
  • Author(s): D Anggraini, W Mubarok, Y Hosokawa, K Eto, S Suetsugu, Y Yalikun.
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 15 Issue: 10 Pages: 107001-107001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac8f17
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Super-resolution analysis of PACSIN2 and EHD2 at caveolae (2022)
  • Author(s): Tamako Nishimura, Shiro Suetsugu
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 7 Pages: e0271003-e0271003
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0271003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PACSIN1 is indispensable for amphisome-lysosome fusion during basal autophagy and subsets of selective autophagy (2022)
  • Author(s): Oe Yukako、Kakuda Keita、Yoshimura Shin-ichiro、Hara Naohiro、Hasegawa Junya、Terawaki Seigo、Kimura Yasuyoshi、Ikenaka Kensuke、Suetsugu Shiro、Mochizuki Hideki、Yoshimori Tamotsu、Nakamura Shuhei
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 18 Issue: 6 Pages: e1010264-e1010264
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1010264
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interaction of Proteins with Biomembranes (2022)
  • Author(s): Yosuke Senju, Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Membranes(Basel) Volume: 12 Issue: 2 Pages: 181-181
  • DOI: 10.3390/membranes12020181
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a green reversibly photoswitchable variant of Eos fluorescent protein with fixation resistance (2021)
  • Author(s): Mitsuo Osuga, Tamako Nishimura, and Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 32 Issue: 21
  • DOI: 10.1091/mbc.e21-01-0044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamin 2 and BAR domain protein pacsin 2 cooperatively regulate formation and maturation of podosomes (2021)
  • Author(s): Li Jianzhen、Fujise Kenshiro、Wint Haymar、Senju Yosuke、Suetsugu Shiro、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Takeda Tetsuya
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 571 Pages: 145-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.041
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Translation of cellular protein localization using convolutional networks (2021)
  • Author(s): Kei Shigene, Yuta Hiasa, Yoshito Otake, Mazen Soufi, Suphamon Janewanthanakul, Tamako Nishimura, Yoshinobu Sato, and Shiro Suetsugu
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 9 Pages: 635231-635231
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.635231
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FBP17-mediated finger-like membrane protrusions in cell competition between normal and RasV12-transformed cells (2021)
  • Author(s): Kamasaki Tomoko、Miyazaki Yumi、Ishikawa Susumu、Hoshiba Kazuya、Kuromiya Keisuke、Tanimura Nobuyuki、Mori Yusuke、Tsutsumi Motosuke、Nemoto Tomomi、Uehara Ryota、Suetsugu Shiro、Itoh Toshiki、Fujita Yasuyuki
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 9 Pages: 102994-102994
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102994
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 細胞突起の切断による新機能 (2024)
  • Author(s): 末次 志郎,西村 珠子
  • Organizer: 2024年生体運動研究合同班会議
  • Invited
• [Presentation] クローン化マクロファージの貪食能の比較 (2023)
  • Author(s): 竹下 裕矢,西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: 第46回分子生物学会年会
• [Presentation] I-BARタンパク質による細胞突起の細胞外小胞形成における役割 (2023)
  • Author(s): 西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] The BAR domain assembly and the extracellular vesicle formation from cellular protrusions (2023)
  • Author(s): Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第61回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 細胞膜に由来する細胞外小胞を介した細胞増殖の促進と細胞外マトリックスの関与 (2023)
  • Author(s): 西村 珠子,Hu Hooi Ting,末次 志郎
  • Organizer: 第10回日本細胞外小胞学会学術集会
• [Presentation] I-BARタンパク質を介した細胞質ゾーニングによる細胞外小胞の形成 (2023)
  • Author(s): 西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: 第23回日本蛋白質化学会年会
  • Invited
• [Presentation] The extracellular vesicles secreted from IRSp53-mediated membrane protrusions promote cancer cells proliferation via surface integrin and laminin (2023)
  • Author(s): Hu Hooi Ting,Tamako Nishimura,Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] The I-BAR protein-dependent extracellular vesicles as a possible carrier of amyloid beta (2023)
  • Author(s): Lee Shin Yong,Takehiro Inaba,Tamako Nishimura,Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] The analysis of the CD63 dynamics and release from the cells by using the lattice light sheet microscopy (2023)
  • Author(s): Hani Sapili,Tamako Nishimura,Eiji Morita,Yuko Mimori-Kiyosue,Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Small GTPase Cdc42, WASP, and scaffold proteins for higher-order assembly of the F-BAR domain protein (2023)
  • Author(s): Cheong Theng Ho,Wan Nurul Izzati Wan Mohamad Noor,Nhung Thi Hong Nguyen,Min Fey Chek,Toshio Hakoshima,Takehiko Inaba,Kyoko Hanawa-Suetsugu,Tamako Nishimura,Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 細胞膜に由来する細胞外小胞の受容細胞への取り込みと情報伝達機構 (2023)
  • Author(s): 西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] F-BARタンパク質PACSIN2の脂肪細胞分化と脂肪滴形成への関与 (2023)
  • Author(s): 松本 侑也,稲葉 岳彦,末次 志郎
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] The analysis of the phagocytic heterogeneity on the macrophage cell line by Single-Cell Transcriptomics (2023)
  • Author(s): Suphamon Janewanthanakul,Hiroki Ikeda,Kazuki Kurimoto,Kayako Yakura,Tamako Nishimura,Panyawut Sri-Iesarranuson,Kazushi Ikeda,Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Molecular assembly mechanism of BAR domains on the lipid membranes and extracellular vesicle formation (2023)
  • Author(s): Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
  • Invited
• [Presentation] 細胞外小胞による細胞運動の促進における受容細胞のエンドサイトーシスの役割 (2023)
  • Author(s): 藤岡 敏史,西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Shootin1bを介した動的なアクチンフィラメントとE-カドヘリンの連結による細胞間接着形成機構の解析 (2023)
  • Author(s): 酒巻裕介,嶺岸卓_,寺澤滉太,Saranpal Singh,栗原幸代,鳥山道則,西村珠子,末次志郎,稲垣直之
  • Organizer: 第75回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] The characterization and functional analysis of IRSp53-mediated secretion of the extracellular vesicles from cancer cells (2023)
  • Author(s): Hooi Ting Hu,西村 珠子,末次 志郎
  • Organizer: ISEV 2023 annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The possible role of IRSp53 I-BAR-derived extracellular vesicles for carrying Alzheimer’s Disease related cargo (2023)
  • Author(s): Lee Shin Yong,Shiro Suetsugu
  • Organizer: ISEV2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The characterization of the protein contents of the protrusion-derived extracellular vesicles by mass spectromettry and functional analysis. (2023)
  • Author(s): Shiro Suetsugu
  • Organizer: The QuantitatEVs Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The characterization and functional analysis of IRSp53-mediated secretion of the extracellular vesicles from tumor cells (2022)
  • Author(s): Hu Hooi Ting, Tamako Nishimura, Shiro Suetsugu
  • Organizer: Cell Bio 2022-An ASCB／EMBO Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Membrane shaping by the BAR domain superfammily proteins and the extracelluer vesicles by the shedding of filopodia (2022)
  • Author(s): Shiro Suetsugu
  • Organizer: 第60回 日本生物物理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] I-BARタンパク質ABBAの細胞外小胞形成における役割 (2022)
  • Author(s): 前田 胡桃, 西村 珠子, 末次 志郎
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] 細胞外小胞に誘導される細胞運動におけるF-BARタンパク質CIP4の役割 (2022)
  • Author(s): 藤岡 敏史, 西村 珠子, 末次 志郎
  • Organizer: 第45回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] 生体膜の構造機能を制御する分子の秩序と集合機構 (2022)
  • Author(s): 末次 志郎
  • Organizer: 第４5回 日本分子生物学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞外小胞を介した細胞移動の促進におけるF-BARタンパク質CIP4の役割 (2022)
  • Author(s): 西村 珠子, 藤岡 敏史, 末次 志郎
  • Organizer: 第9回 日本細胞外小胞学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フィロポディアに由来する細胞外小胞の形成機構とその生理機能 (2022)
  • Author(s): 末次 志郎
  • Organizer: 第31回 日本がん転移学会学術集会総会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カベオラでのPACSIN2とEHD2の超解像解析 (2022)
  • Author(s): 末次 志郎, 西村 珠子
  • Organizer: 第74回 日本細胞生物学会大会
• [Book] Plasma membrane shaping (2022)
  • Author(s): Shiro Suetsugu
  • Total Pages: 469
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 9780323899116
• [Remarks] プレスリリース
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/2023/03/009745.html