チューブリン結合によるダイニン活性化の構造基盤の解明
| Project/Area Number |
21K06096
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
今井 洋 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (60391869)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ダイニン / 微小管 / クライオ電子顕微鏡 / 構造解析 / モータータンパク質 / 分子モーター / 細胞骨格 / 単粒子解析 / チューブリン |
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| Outline of Research at the Start |
細胞質ダイニンは、細胞骨格である微小管に沿って、細胞内物質を輸送する重要なタンパク質である。例えば、細胞膜周辺部から核に向けて、ミトコンドリア、mRNA、アミロイドβタンパク質などを運ぶ。細胞質ダイニンが微小管に結合した構造は、２つの部分構造として報告されている。しかし、多くのタンパク質複合体で、全体構造が解明されたときに、複数の部分構造を合わせたものと全体構造とに差異があることが報告されている。そこで、本研究では、細胞質ダイニンが微小管に結合した全体構造を、クライオ電子顕微鏡を使って明らかにすることを目的とする。この構造がわかると、ヒトの神経変性疾患の発病の分子メカニズムの解明などに役立つ。
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞質ダイニンは、真核生物の細胞内物質を能動的に輸送する主要なタンパク質である。特に、細胞質ダイニンは、細胞周辺部から細胞中心方向への物質輸送を行うという機能を果たしている。細胞内の積荷は、成長因子やミトコンドリアなどのオルガネラなどである。ダイニンによる力発生はATPの化学的なエネルギーを力学的なエネルギーに変換することで達成される。ダイニンの力発生前と力発生後という２つの極端な状態での構造は報告されているが、それらの間でどのような中間状態があるかは依然としてなぞである。この疑問を解くために、私達は、細胞質ダイニンが力発生を行うドメインであるモータードメインの構造変化をクライオ電子顕微鏡・単粒子解析法で解析することにした。
その結果、これまでに報告されていない複数の新規構造を近原子分解能で得ることができた。2023年12月には米国ボストンで開催されたアメリカ細胞生物学会でポスター発表した。現在、論文投稿に向けて、執筆を行っている。
次に、細胞質ダイニンが微小管に結合するときの構造変化を捉えるために、微小管に細胞質ダイニンを結合させて、クライオ電子顕微鏡で撮影している。撮影できたものから構造解析を進行させている。
さらに、細胞質ダイニンだけでなく、繊毛ダイニンは、精子などを水中で前進させるために、繊毛の駆動力を発生させるダイニンであるが、この構造解析も行っている。繊毛ダイニンは約10種類あることが遺伝子配列から知られているが、近原子分解能の構造が分かっているのは、3種類のみである。私達は、複数の繊毛ダイニンの構造を近原子分解能で得ることができ、2024年1月の生体運動合同班会議で口頭発表した。現在、論文投稿の準備を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
細胞膣ダイニンの新たな中間構造を近原子分解能で得たが、学会発表した際に、ヌクレオチド結合部位の分解能が問題になった。そこで、分解能を改善すべく、撮影枚数を以前の10倍に増やすことで、ダイニンとして世界最高分解能で、近原子分解能で構造を得ることに成功した。撮影と解析をやり直したために、半年ほど計画よりも遅れてしまったが、質の高いデータで、よりよい論文を目指したいと考えている。現在、論文投稿を目指して、図の作成、文章の作成を進行させている。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず初めに、細胞膣ダイニンの新たな中間構造を近原子分解能で得たので、これを論文として、発表する。そして、微小管に結合した細胞質ダイニンの撮影を進めていき、近原子分解能の構造を得ることを目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
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[Presentation] 繊毛ダイニン・細胞質ダイニン・IFT ダイニンの構造的共通性と多様性2024
Author(s)
雷宜慈, 今井洋, 山本遼介, 下理恵子, 宮田知子, 梶村直子, 八木俊樹, 上村慎治, 光岡薫, 難波啓一, 昆隆英
Organizer
生体運動研究合同班会議2024
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[Presentation] 電子顕微鏡単粒子解析法による繊毛ダイニン新規構造の解明2023
Author(s)
雷宜慈 1, 今井洋 1, 山本遼介 1,重兼拓実 1, 下理恵子 1, 上村慎治 2, 八木俊樹 3, 梶村直子 4, 光岡薫 4, 昆隆英 1 （1 大阪大学理学研究科, 2 中央大学理工学部, 3 県立広島大学生物資源科学部, 4 大阪大学超高圧電子 顕微鏡センター）
Organizer
2023 年 生体運動研究合同班会議
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[Presentation] ネガティブ染色電子顕微鏡法により明らかにされた繊毛ダイニンの新規構造2021
Author(s)
雷 宜慈, 今井 洋, 山本 遼介, 下 理恵子, 上村 慎治, 八木 俊樹, 梶村 直子, 廣瀬 未果, 加藤 貴之, 光岡 薫, 昆 隆英
Organizer
第59回 日本生物物理学会年会
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