Combination of Cryo-electron tomography and genetics to study epithelial structures

• Project/Area Number: 21H04762
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉川 雅英 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (80272425)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥40,690,000 (Direct Cost: ¥31,300,000、Indirect Cost: ¥9,390,000); Fiscal Year 2025: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2024: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2023: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2021: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
• Keywords: 上皮 / クライオ電子顕微鏡 / 繊毛 / 微絨毛 / クライオ電子線トモグラフィー

Outline of Research at the Start

本研究では、クライオ電子線トモグラフィーを用い上皮細胞の形態形成のメカニズムを分子レベルから解明する。上皮細胞は、外界と臓器の「インターフェース」に当たり、臓器の機能に応じて様々な形態を取る。本提案では、これまで我々が研究してきた繊毛に加え、小腸の微絨毛や耳の不動毛など、これまで全く未開拓であった脊椎動物の上皮組織を対象とする。この目的のために、クライオ電子顕微鏡用の新しい細胞内標識「形状ラベル」を開発・応用することで、上皮の形態形成のメカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、クライオ電子線トモグラフィーを用い上皮細胞の形態形成のメカニズムを分子レベルから解明する。上皮細胞は、外界と臓器の「インターフェー ス」に当たり、臓器の機能に応じて様々な形態を取る。本提案では、これまで我々が研究してきた繊毛に加え、小腸の微絨毛や耳の不動毛など、これまで全く未 開拓であった脊椎動物の上皮組織を対象とする。この目的のために、クライオ電子顕微鏡用の新しい細胞内標識「形状ラベル」を開発・応用することで、上皮の 形態形成のメカニズムを解明する。

本年度は、研究計画に沿って精子形成における新たなモーター系「マンシェット流」のモーターが相互作用するタンパク質を同定することで、なぜモーター分子 をノックアウトしたマウスで精子が動かなくなるかを解明した。これらの成果は、解剖学会などにおいて発表した。また、山梨大学・小田らとの共同研究で、繊毛内の微小管修飾の論文、ゼブラフィッシュの精子におけるカルシウム結合タンパク質に関する論文、膀胱上皮構造に関連するウロプラキンの構造解析などの結果を、4報の論文として発表した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

後に示すように、2023年度中に、4報の関連する論文を発表することができたため。

Strategy for Future Research Activity

形状ラベル、マンシェット流に関連するマウスの解析、などを推し進めて、論文発表を加速する。

Research Products

• [Journal Article] Cryo-EM elucidates the uroplakin complex structure within liquid-crystalline lipids in the porcine urothelial membrane (2023)
  • Author(s): Yanagisawa Haruaki、Kita Yoshihiro、Oda Toshiyuki、Kikkawa Masahide
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1018-1018
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05393-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A quest to unravel the role of the stalk and microtubule‐binding domain of axonemal dyneins (2023)
  • Author(s): Kikkawa Masahide
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 597 Issue: 17 Pages: 2147-2148
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14707
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] α- and β-tubulin C-terminal tails with distinct modifications are crucial for ciliary motility and assembly (2023)
  • Author(s): Kubo Tomohiro、Tani Yuma、Yanagisawa Haru-Aki、Kikkawa Masahide、Oda Toshiyuki
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 136 Issue: 16
  • DOI: 10.1242/jcs.261070
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • Author(s): Yamaguchi Hiroshi、Morikawa Motohiro、Kikkawa Masahide
  • Journal Title: eLife Volume: 12
  • DOI: 10.7554/elife.84860
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identifying proteins in the cell by tagging techniques for cryo-electron microscopy (2022)
  • Author(s): Masahide Kikkawa, Haruaki Yanagisawa
  • Journal Title: Microscopy (Oxf) Volume: 71 Issue: Supplement_1 Pages: i60-i65
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfab059
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2024)
  • Author(s): 吉川 雅英
  • Organizer: 第8回日本骨免疫学会 冬期学術集会
  • Invited
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡による上皮構造のクロススケール観察 (2024)
  • Author(s): 吉川 雅英
  • Organizer: JST主催 第2回タンパク質シンポジウム プログラム
• [Presentation] 精子形成におけるマンシェット輸送をになう新たなキネシンモーターの分子機構 (2024)
  • Author(s): 牧野 司
  • Organizer: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡による細胞骨格・モーター分子への応用 (2023)
  • Author(s): 吉川 雅英
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 広域三次元光ー電子相関電子顕微鏡法で紐解く細胞内分解ダイナミクス (2023)
  • Author(s): 齊藤 知恵子
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • Invited
• [Presentation] The introduction and structural analysis with cryo-EM of M13 bacteriophage (2023)
  • Author(s): 楊 景霏
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡による微小管-ダイナミン複合体構造解析 (2023)
  • Author(s): 佐々木 諒平
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [Presentation] Combination of cryo-EM and genetics for studying microtubule-binding proteins (2023)
  • Author(s): 吉川 雅英
  • Organizer: 第49回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas flagella (2023)
  • Author(s): 谷 侑磨
  • Organizer: 第49回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GAS2 mediates F-actin and microtubule crosslinking (2023)
  • Author(s): 安 建成
  • Organizer: 第49回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of a Novel Kinesin Motor Involved in Sperm specific Manchette-Transport (2023)
  • Author(s): 牧野 司
  • Organizer: 第49回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • Author(s): 山口 博史
  • Organizer: 第49回内藤コンファレンス
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Combination of genetics and cryo-electron tomography to study the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • Author(s): 吉川 雅英
  • Organizer: IMC20(The 20th International Microscopy Congress)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Complete structure of M13 phage by cryo-electron microscopy. (2023)
  • Author(s): Masahide Kikkawa
  • Organizer: 第7回日本骨免疫学会 冬期学術集会
  • Invited
• [Presentation] Combination of cryo-electron tomography and genetics to study cilia/flagella (2023)
  • Author(s): Masahide Kikkawa
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • Author(s): Hiroshi Yamaguchi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2023)
  • Author(s): Yuma Tani
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] GAS2 mediates F-actin and microtubule crosslinking (2023)
  • Author(s): Jiancheng An
  • Organizer: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 精子形成におけるマンシェット輸送をになう新たなキネシンモーターの解析 (2023)
  • Author(s): 牧野司
  • Organizer: 第128回 日本解剖学会総会・全国学術総会
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネントCalaxinの機能解析 (2022)
  • Author(s): 山口 博史
  • Organizer: 第74回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrate (クライオ電子顕微鏡を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネント Calaxin の機能解析) (2022)
  • Author(s): Hiroshi Yamaguchi
  • Organizer: 第60回日本生物物理学会年会
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • Author(s): Yuma Tani
  • Organizer: 第60回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Near-atomic cryo-EM structure of GAR domain bound to the microtuble (2022)
  • Author(s): Jiancheng An
  • Organizer: 第60回日本生物物理学会年会
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • Author(s): Yuma Tani
  • Organizer: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [Presentation] クライオ電子線トモグラフィーとcryo-FIB-SEMによる上皮構造の観察 (2022)
  • Author(s): 吉川雅英
  • Organizer: 統合生命科学研究科シンポジウム 分子原子レベルの統合生命科学研究
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2022)
  • Author(s): 吉川雅英
  • Organizer: リサーチトレンド2022 第4回クライオ電子顕微鏡ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] The introduction and structural analysis with cryo-EM of M13 Bacteriophage (2022)
  • Author(s): Jingfei Yang
  • Organizer: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [Presentation] Prevention of particle denaturation on the air/water interface with the aid of DNA support structure for cryo-electron microscope. (2022)
  • Author(s): Ryohei Sasaki
  • Organizer: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [Presentation] cryo-ET を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネント Calaxin の機能解析 (2022)
  • Author(s): 山口 博史
  • Organizer: 第12回繊毛研究会
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • Author(s): Yuma Tani
  • Organizer: 第12回繊毛研究会
• [Presentation] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • Author(s): Yuma Tani
  • Organizer: Cell Bio 2022 An ASCB | EMBO Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultrastructural Analysis of Isolation Membrane by Cryo-Electron Tomography and Cryo-Focused Ion Beam (2022)
  • Author(s): Yoshiyuki Fukuda
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第78回学術講演会
• [Presentation] Morphological analysis of the isolation membrane by cryo-electron tomography and cryo-FIB (2022)
  • Author(s): Yoshiyuki Fukuda
  • Organizer: The 10th International Symposium on Autophagy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultrastructural Analysis of Isolation Membrane by Cryo-Electron Tomography and Cryo-Focused Ion Beam (2022)
  • Author(s): Yoshiyuki Fukuda
  • Organizer: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [Presentation] Morphological analysis of the isolation membrane by cryo-electron tomography and cryo-focused ion beam (2022)
  • Author(s): Yoshiyuki Fukuda
  • Organizer: The 4th East-Asia Microscopy Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] クライオ電顕トモグラフィーによる脊椎動物の軸糸ダイニンリンカー構造の解析 (2021)
  • Author(s): Hiroshi Yamaguchi
  • Organizer: 顕微鏡学会
• [Presentation] Combination of cryo-EM and genetics to study epithelial cells (2021)
  • Author(s): Masahide Kikkawa
  • Organizer: Korean Society for Molecular and Cellular Biology 2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Combination of cryo-EM ang genetics to study cilia/flagella (2021)
  • Author(s): Masahide Kikkawa
  • Organizer: Computer simulations and Cryo-ET/EM of complex biomolecular systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2021)
  • Author(s): 吉川雅英
  • Organizer: 第６回 日本骨免疫学会 ウィンタースクール
  • Invited
• [Presentation] Cryo electron tomography of cellular specimens (2021)
  • Author(s): Yoshiyuki Fukuda
  • Organizer: KSBMB International Conference 2021
  • Int'l Joint Research / Invited