繊毛打3次元運動システムにおける軸糸ダイニンのトルク発生の役割

• Project Area: Cilium-centrosome system regulating biosignal flows
• Project/Area Number: 15H01204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 豊島 陽子 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (40158043)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2016: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2015: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: 繊毛運動 / ダイニン / 微小管 / 基底小体 / 3次元計測 / 生体分子 / 生理学 / ３次元計測

Outline of Annual Research Achievements

運動性繊毛の9+2構造と繊毛の根元付近にある基底小体構造は、原生動物から哺乳類に至るまで共通しており、真核細胞がつくりあげた細胞内運動器官として非常に複雑で精緻なものである。効果的に水流を引き起こすためには、9+2構造の縦列横列に多数配向しているダイニンが局所的に活性化され、繊毛内で周期的に伝播しているはずであるが、そのダイナミックな制御機構や繊毛打運動における基底小体の役割はわかっていない。これを明らかにするために、本研究では昨年度から開発を続けているテトラヒメナの繊毛打運動を３次元空間で計測する光学顕微システムにおいて、さらなる詳細な繊毛打運動の定量を行った。まず、繊毛にビーズを固定する条件を検討することで、効率よく繊毛をラベルすることが可能となり、1繊毛の運動計測が再現よく行えるようになった。繊毛打運動の観察には、ビーズの蛍光像のみを用いていたが、繊毛の位相差像を高速カメラによってイメージングすることにより、繊毛全体の形とビーズの3次元位置を同時に定量することができるようになった。さらに解析方法を改良し、周期的な繊毛打運動において、繊毛打運動速度にも周期性があることを明らかにした。加えて、繊毛と細胞体とをつなぐ領域にある基底小体微小管の配向を、光学顕微鏡によってダイニンやキネシンなどの微小管依存性モータータンパク質の運動計測によって決定し、基底小体に付属している構造体のかたちを電子顕微鏡による構造の解析により明らかにした。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Axonemal dynein light chain-1 locates at the microtubule-binding domain of the γ heavy chain. (2015)
  • Author(s): Ichikawa M, Saito K, Yanagisawa HA, Yagi T, Kamiya R, Yamaguchi S, Yajima J, Kushida Y, Nakano K, Numata O and Toyoshima YY.
  • Journal Title: Molicular Biology of the Cell Volume: 26 Issue: 23 Pages: 4236-47
  • DOI: 10.1091/mbc.e15-05-0289
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] α- and β-tubulin lattice arrangement of the axonemal microtubule doublet and binding proteins revealed by single particle cryo-electron microscopy and tomography. (2015)
  • Author(s): Maheshwari, A., Obbineni, J. M., Bui, K. H., Shibata, K., Toyoshima Y. Y. & Ishikawa, T.
  • Journal Title: Structure Volume: 23 Issue: 9 Pages: 1584-1595
  • DOI: 10.1016/j.str.2015.06.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Torque Generation by Axonemal Outer-Arm Dynein (2014)
  • Author(s): Shin Yamaguchi, Kei Saito, Miki Sutoh, Takayuki Nishizaka, Yoko Y Toyoshima, Junichiro Yajima
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 108 Issue: 4 Pages: 872-879
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.12.038
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] IFT(繊毛内輸送)に関与する基底小体微小管の機能に関する研究 (2016)
  • Author(s): 小礒由里加、山口真、須河光弘、小林琢也、豊島陽子、矢島潤一郎
  • Organizer: 2016年 米国細胞生物学会
  • Place of Presentation: サンフランシスコ（米国）
  • Year and Date: 2016-12-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 基底小体微小管のIFT(繊毛内輸送)に関与する機能の研究 (2016)
  • Author(s): 基底小体微小管のIFT(繊毛内輸送)に関与する機能の研究
  • Organizer: 第54回 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Axonemal Dynein Light Chain-1 Locates at the Microtubule Binding Domain of the γ Heavy Chain (2015)
  • Author(s): Ichikawa M., Saito K., Yanagisawa H., Yagi, T., Kamiya, R., Yamaguchi S., Yajima, J., Kushida Y., Nakano, K., Numata, O. and Toyoshima, Y. Y.
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Off-axis motion of yeast cytoplasmic dynein takes a biased random walk (2015)
  • Author(s): Sugawa, M., Yamaguchi, S., Takagi, H., Shibata, K., Toyoshima, Y. Y., Yajima, J.
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 分裂期kinesin-6の運動特性に関する研究 (2015)
  • Author(s): Yohei Maruyama, Akihiko Sato, Tim Davis, Toshihisa Osaki, Shin Yamaguchi, Shoji Takeuchi, Masanori Mishima, Junichiro Yajima
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13