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GEFを介した情報統合による興奮系Rasの制御機構とその生理的意義の解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ2207
Project/Area Number (Other) 22J20932 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 44010:Cell biology-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

岩本 浩司  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords情報統合 / Ras / RasGEF / 興奮系 / 細胞運動 / シグナル伝達 / イメージング
Outline of Research at the Start

細胞運動は細胞内部と外部の様々な環境情報が整理、統合、処理されることで制御されている。さらに、細胞運動は細胞の前後極性が明確に決定されることが重要であり、細胞の前側は活性化Rasが蓄積することで決定される。本研究ではRasの活性化を制御する因子であるGEFが細胞内外の情報をもとにどのように情報を統合しているかを網羅的に探索する。これにより、Rasの活性化を制御する分子メカニズムを解明し、GEFを介した情報統合の組みを理解する。

Outline of Annual Research Achievements

細胞運動は細胞内外の様々な情報を統合、処理することで制御される。細胞性粘菌ではこれらの情報がRasに集約することで下流の骨格系が制御され、細胞形態や運動方向が決まる。つまり、Ras活性化の分子メカニズムの理解は重要である。
昨年度までに自発的なRasの活性化を制御するRasGEFの同定のため、各RasGEFの過剰発現株を用いたスクリーニングを行いGEFB/M/U/XがRasの活性化に関与することが示唆された。さらに、RasGEFのノックアウト細胞におけるRasの活性化と細胞運動を評価した。その結果、GEFXがRasの活性を担い、GEFB/M/Uと協調して働くことで細胞運動を駆動することが分かった。本年度はこれらのRasGEFによるRasの活性化と細胞形態の制御メカニズムを解明した。まず、各GEFの細胞内の分布を観察した。GEFB/U/Xは細胞膜上に局在し、GEFMは細胞質内に一様に分布した。このうちGEFXとGEFBはRas-GTPと共局在し、Rasの活性化の伝播(進行波)を示した。また、GEFXの特定のアミノ酸領域が細胞膜上の局在に必須であることが分かった。さらに、GEFXの発現量とRas-GTP の進行波周期には負の相関がみられ、GEFBの発現量とRas-GTPのドメインサイズには正の相関がみられた。この結果はGEFXが時間的に、GEFBが空間的にRas-GTPの活性化ダイナミクスを制御していることを示唆する。次に、細胞形態との関係を調べた。GEFXとGEFBは細胞の仮足に局在し、GEFXは仮足の形成頻度とマクロピノサイトーシスの形成に関与し、GEFBは仮足サイズの制御に関与することが分かった。これらの結果はGEFXとGEFBによるRas活性化代のミクスの時空間的制御が細胞の生理学的行動に関与していることを示唆する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Rasの時空間ダイナミクス解析による、包括的なスクリーニング手法の開発により自発的なRasの活性化に関与するRasGEFの同定に成功した。さらに、これらのRasGEFの機能を明らかにした。また、cAMP刺激の応答に関与するRasGEFの同定も進んでいる。現在、25種類のRasGEFのうち20種類のGEFのノックアウト株を作製し、これらのノックアウト株において、cAMP刺激依存的なRasの活性化を評価している。これにより、細胞運動における情報統合の理解が進展すると考えられる。また、本研究室で確立されている1分子イメージングにより、活性化したRasやそれに関わるRasGEFの分子ダイナミクスの解析も可能である。来年度は、これらの系を用いてRasGEFを介した情報統合によるRasの活性化制御メカニズムの理解に取り組んでいく。

Strategy for Future Research Activity

本年度の結果から、GEFXはRasの活性化におけるポジティブフィードバックに関与すると予想される。来年度はこの分子メカニズムの理解を目指す。具体的には、以下の3点に関して取り組むことを計画している。1;ポジティブフィードバックを構成する分子群の同定。2;GEFXがRasの1分子ダイナミクスに与える影響と進行波形成への関与の理解。1では、1つ目に、共免疫沈降により、GEFXと相互作用する分子を同定する。2つ目に、光遺伝学を用いてポジティブフィードバックを解明する。具体的には、活性化型のRasを人為的に細胞膜上にリクルートすることでGEFXが細胞膜上に局在するかを調べる。2では野生型とGEFX KOにおいて、活性化RasのレポーターであるRBD-Haloを用いて1分子ダイナミクスを解析する。また、引き続き網羅的なスクリーニングによるcAMP刺激によるRasの活性化に関与するGEFの同定も行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 2 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Spontaneous signal generation by an excitable system for cell migration2024

    • Author(s)
      Matsuoka Satomi、Iwamoto Koji、Shin Da Young、Ueda Masahiro
    • Journal Title

      Frontiers in Cell and Developmental Biology

      Volume: 12 Pages: 1373609-1373609

    • DOI

      10.3389/fcell.2024.1373609

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] RasGEFX triggers spontaneous Ras excitation with RasGEFB/M/U for random cell migration2023

    • Author(s)
      Iwamoto Koji、Matsuoka Satomi、Ueda Masahiro
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2023.08.13.553116

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Open Access
  • [Presentation] RasGEFXはRasの自発的興奮を誘発し、RasGEFB/M/Uとともにランダムな細胞運動を駆動する2024

    • Author(s)
      岩本浩司、松岡里実、上田昌宏
    • Organizer
      生体運動研究2024合同班会議
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] RasGEFX triggers spontaneous Ras excitation with RasGEFB/M/U for random cell migration2024

    • Author(s)
      岩本浩司、松岡里実、上田昌宏
    • Organizer
      第1回関西生物物理学研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] RasGEFX triggers spontaneous Ras excitation with RasGEFB/M/U for random cell migration2023

    • Author(s)
      Koji Iwamoto, Satomi Matsuoka, Masahiro Ueda
    • Organizer
      Dictyostelium Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] RasGEFX triggers spontaneous Ras excitation with RasGEFB/M/U for random cell migration2023

    • Author(s)
      岩本浩司、松岡里実、上田昌宏
    • Organizer
      第13回細胞性粘菌学会例会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] RasGEFX triggers spontaneous Ras excitation with RasGEFB/M/U for random cell migration2023

    • Author(s)
      岩本浩司、松岡里実、上田昌宏
    • Organizer
      第61回生物物理学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] RasGEFs B/U/X break the symmetry of Ras activation to drive spontaneous cell migration2023

    • Author(s)
      岩本浩司, 松岡里実, 上田昌宏
    • Organizer
      Directed Cell Migration Gordon Research Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GEFB and GEFX regulate spontaneous activation dynamics in the Ras excitable system for cell motility2022

    • Author(s)
      岩本浩司, 松岡里実, 上田昌宏
    • Organizer
      第60回生物物理学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] GEFB and GEFX regulate spontaneous activation dynamics in the Ras excitable system for cell motility2022

    • Author(s)
      岩本浩司, 松岡里実, 上田昌宏
    • Organizer
      第45回分子生物学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] GEFB and GEFX regulate spontaneous activation dynamics in the Ras excitable system for cell motility2022

    • Author(s)
      岩本浩司, 松岡里実, 上田昌宏
    • Organizer
      第12回細胞性粘菌学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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