Elucidation of morphogenesis, maintenance and stabilization, and maintenance mechanism of glomerular podocytes by microtubule bundles
| Project/Area Number |
21K19484
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 53:Organ-based internal medicine and related fields
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
竹居 孝二 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40322226)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | ポドサイト / ダイナミン / 微小管 / チューブリン / アクチン / 生体膜 / 生体 / AMPA受容体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では腎糸球体ポドサイトにおける微小管の制御と微小管束形成の分子機構、微小管束の構造と細胞機能を解明するとともに、スリット膜分子の構成性分泌やグルタミン酸分泌による細胞間シグナル伝達など、微小管依存性の機構を解明する。さらに、微小管束に特異的に結合する分子群を網羅的探索・解析することにより、ポドサイトの分化、構造と機能の維持に必要な分子を同定する。ポドサイトの分化と生理機能の分子基盤を構築するとともに、慢性腎臓病（CDK）におけるポドサイトの萎縮、脱落の分子病態の解明や、CDKの新規の診断、治療につながる新規ターゲット分子の発見をめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．ダイナミン１による微小管制御：
分化ポドサイトではダイナミン１が微小管を束化してポドサイトの突起形成に寄与することを発見し、精製ダイナミン１と微小管を試験管内で反応させると、ダイナミン１が微小管周囲に重合して微小管束を形成することを示した（La et al., FASEB J 2020）。さらに、合成ペプチドを用いた結合阻害実験によりダイナミン１PHドメインの微小管;管結合部位を特定した（Hori et al., eLife 2022）。吉川雅英博士（東京大）との共同研究により、ダイナミン１と微小管の超複合体のクライオ電子顕微鏡解析を実施した結果、ダイナミン１は脂質膜上と同様に微小管にらせん状に重合するが、微小管との結合は緩く、PHドメインの位置もフレキシブルであることが判った。
２．ダイナミン２によるアクチン制御：
ポドサイトは分化に伴いストレスファイバーの配向を再編させて、著しく伸展し、ダイナミン２は主要アクチン制御分子として働く。ダイナミン２の疾患変異K562Eは細胞内のストレスファイバーを減少させるが、アクチン線維束化能は保たれていることがin vitro 解析により判った(Hamasaki et al., Front Cell Dev Biol.2022)。成田哲博博士（名古屋大）との共同研究により、ダイナミン２がつくるアクチン線維束の立体構造解析に着手し、予備実験としてダイナミン２野生型及びK562Eによるアクチン線維束を比較した。野生型及びK562Eともに直径約50nmのアクチン線維束を形成した。K562Eではアクチン線維束が分散して観られたが、野生型ではアクチン線維束が複数集合し易くクライオ電子顕微鏡構造解析に適さないことが判明したので、構造解析の試料調製はダイナミン２K562Eによるアクチン線維束から開始することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．ダイナミン１による微小管制御：
吉川雅英博士（東京大）との共同研究により、周囲に重合したダイナミン１と微小管との超複合体の立体構造解析について、クライオトモグラフィー電子顕微鏡による構造解析が進められた。その結果、ダイナミン１と微小管との結合は相対的位置をきめるようなきっちりしたものではなく、比較的緩く、PHドメインの位置もフレキシブルであることが判った。
２．ダイナミン２によるアクチン制御：
成田哲博博士（名古屋大）との共同研究により、ダイナミン２によるアクチン線維束の立体構造解析に着手した。予備実験としてダイナミン２野生型及びK562Eによるアクチン線維束を電子顕微鏡観察により比較し、ダイナミン２K562Eは、野生型ダイナミン２と同様にの直径約50nmのアクチン線維束を形成するものの、アクチン線維束同士が集合体を形成せず、アクチン線維束が分散して観られたことから、クライオ電子顕微鏡構造解析に適することが判った。
第74回 細胞生物学会大会において、ダイナミンによる微小管制御とポドサイトの形態形成についての研究成果を、また、第60回日本生物物理学会年会において、膜と細胞骨格の動態制御におけるダイナミン重合体についての研究成果を発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．ダイナミン１による微小管制御：
吉川博士（東京大）との共同研究による、ダイナミン１と微小管との超複合体の立体構造解析を引き続き継続する進める。また、ダイナミン１のGTP加水分解に伴う超複合体の構造変化を調べるために、異なるグアニンヌクレオチドの条件（GTP、GDP、GMPPCPなど）における構造解析をすすめる。ダイナミンPHドメインと微小管との結合部位の構造とその変化を精査することにより、ダイナミン１と微小管の相互作用の制御機構を明らかにする。
２．ダイナミン２によるアクチン制御：
成田哲博博士（名古屋大）との共同研究による、ダイナミン２によるアクチン線維束の立体構造解析をすすめる。ダイナミン２K562Eは、野生型と同様のアクチン線維束を形成し、各々のアクチン線維束は分散していることからクライオ電子顕微鏡構造解析に適していることから、ダイナミン２K562Eによるアクチン線維束から解析を進める。また、ダイナミン２によるアクチン線維束形成と、アクチンの凝集体との形成がリンクしている可能性があるので、in vitroで再現したダイナミン２によるアクチン線維束とアクチン凝集体をライブ観察することにより、それらの動態を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Microtubule assembly by tau impairs endocytosis and neurotransmission via dynamin sequestration in Alzheimer's disease synapse model2022
Author(s)
Hori, T., Eguchi, K., Wang, H.Y., Miyasaka, T., Guillaud, L., Taoufiq, Z., Mahapatra, S., Yamada, H., Takei, K., Takahashi, T.
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Journal Title
Elife
Volume: 11
Pages: 1-20
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The lipid-binding defective dynamin 2 mutant in Charcot-Marie-Tooth disease impairs proper actin bundling and actin organization in glomerular podocytes2022
Author(s)
Hamasaki, E., Wakita, N., Yasuoka H., Nagaoka, H., Morita, M., Takashim, E., Uchihashi, T., Takeda, T., Abe, T., Saleem, M.A., Ogo, N., Asai, A., Narita, A., Kohji Takei, K.,Yamada, H.
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Journal Title
Frontiers in Cell and Developmental Biology
Volume: -
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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