高精度単分子イメージングによるアクチンダイナミクス-接着斑連関の生理的意義の解明
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21K06150
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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 44010:Cell biology-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山城 佐和子 京都大学, 生命科学研究科, 講師 (00624347)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 細胞内1分子顕微鏡 / 細胞接着 / インテグリン / アクチン / 接着斑 / メカノバイオロジー / 細胞内定量解析 / シミュレーション / 細胞内１分子顕微鏡 / アクチン細胞骨格 / 細胞内蛍光１分子イメージング / アクチン線維流動 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞-基質間接着（接着斑）形成と細胞仮足の伸展は、がん細胞の運動亢進や神経突起伸長に重要である。本研究では、求心性アクチン流動と接着斑の連関の生理的意義として以下の３つの作業仮説を設定し、これらを検証する。モデル1: アクチン流動が接着斑構成分子の集積に寄与する可能性。モデル2: 局所的なアクチン流動速度の違いにより、アクチンをアンチパラレルに編成する可能性。モデル3:アクチン流動に起因する接着斑分子の勾配配置が接着斑の編成に寄与する可能性。本研究は、動的なアクチンネットワークと細胞の足場構造である接着斑の相互作用を明らかしに、細胞運動の新たな分子メカニズムの理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞と細胞外基質を連結する接着構造（接着斑）の形成と細胞仮足の伸展は、がん細胞の運動亢進や神経突起伸長に重要である。接着斑は接着分子インテグリンが多様なタンパク質と協働して細胞外基質とアクチン細胞骨格を連結する。一方、アクチン線維は絶え間なく細胞中央に向かって流動しており、接着斑分子がどのようにアクチン線維をインテグリンに連結しているかの詳細は不明であった。本研究では細胞内単分子スペックル顕微鏡法により、アクチン線維流動と接着斑の連結機構を明らかにすることを目的としている。
これまで私は、接着斑分子タリンの生細胞内蛍光単分子イメージング解析を行い、タリン分子の構造変化（rod ドメインのアンフォールディング）に依存したアクチン線維と接着斑の一過的な連結、及び、細胞内力伝達機構を明らかにした。さらに、アメリカリーハイ大学の研究グループ (Dimitris Vavylonis 教授）との共同研究により、シミュレーション解析を行い、本研究の発見を裏付けるデータを得た。これらの一連の研究成果により、マイクロメートルスケールの細胞内構造の動きを、ナノメートルスケールの分子がダイナミックに構造変化することによって力伝達を実現する、新しい機構を明らかにすることができた。昨年度は、これらの研究成果について学術論文を国際学会誌に投稿し、追加実験等を含むリバイスを経て、現在は査読中である。また、本研究成果を2022年に開催された第74回日本細胞生物学会、第11回分子モーター討論会、第10回定量生物の会年会で口頭発表により報告した。また、2023年３月には、アメリカ物理学会大会 American Physical Society March Meeting) において、招待講演を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
細胞運動において、進行方向に形成される細胞仮足の内部では、アクチン網目構造が絶え間なく細胞の中央に向かって流動する求心性アクチン線維流動（レトログレードフロー）が古くから観察されており、細胞膜の伸展に働くと考えられている。主要な接着斑分子タリンは接着分子インテグリンとアクチン線維を連結することが報告されているが、接着斑分子がどのように、流動するアクチン線維とインテグリンとの連結を実現するのかは不明であり、メカノバイオロジーの分野で10年以上議論が続く未解決の課題であった。本研究では、高精度蛍光1分子イメージングによりタリンの動態を詳細に可視化解析することにより、タリンが構造変化を伴ってアクチン線維と基質を一過的に連結する機構を明らかにした。本発見は、タリン分子の構造変化に依存した新しいアクチンネットワークと接着斑の連結機構を明らかにするとともに、タンパク質分子の外力による伸展（アンフォールディング）の新しい役割を明らかにした点で重要である。本研究成果は、現在国際学術誌に投稿し、査読及び改訂を進めている。また、2023年に開催されたアメリカ物理学会大会（American Physical Society Marchi Meeting)において招待講演を行い、国際的にも高い評価を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、タリン分子の構造変化（アンフォールディング）に依存した新しいアクチンネットワークと接着斑の連結機構を明らかにした。本年度は引き続き、必要に応じて投稿論文の改訂を行い、論文受理を目指す。また、主要な接着斑分子であるビンキュリンとアクチン線維流動の関連、及び、リン酸化・脱リン参加調節によるパキシリンの動態制御についても蛍光1分子ライブイメージング解析を進めており、研究成果の学会等発表、及び、学術論文発表を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
