タンパク質ポリマー形成による動的膜形態形成の直接可視化による解明

• Project Area: Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
• Project/Area Number: 15H01641
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 末次 志郎 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (70345031)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2016: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2015: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 細胞生物学 / 構造生物学 / 生物物理学

Outline of Annual Research Achievements

細胞内及び試験管内の多量体形成の可視化：　多量体においては、タンパク質が高密度で存在する。超解像観察では、個々の分子に導入したラベルの離散的な発光により観察を行うため、ラベルの導入効率が問題となる。離散的な発光の可能な蛍光タンパク質(EOSなど)の融合タンパク質をCRISPR/Cas9システムによりノックアウトした細胞株にレトロウイルスを用いて安定的に導入することで、すべての観察対象の分子がラベルされている状況を作り出すことができた。その結果、非常に高密度のBARドメインタンパク質の細胞内局在を可視化できた。その密度はサブマイクロモル濃度であり、また分子の距離が互いに２０nm以内で密に並んでいることが示唆された。
BARドメイン同士の多量体形成の構造基盤：　BARドメインは、６本のアルファヘリックスバンドルからなる２量体である。一部のBARドメインには、アルファヘリックスバンドルから飛び出たループが存在する。一部のBARドメインでは、このBARタンパクドメインの一部には、疎水的でないループが存在し、結晶内でのタンパク質同士のコンタクトサイトとなっていた。この結晶の中で見られた相互作用部位に変異度導入したところ、細胞内での局在と脂質膜への試験管内での結合が失われた。このことから多量体系性は、脂質膜とBARドメインタンパク質の結合に重要であることが示された。
試験管内のBARドメインタンパク質による脂質膜チューブ形成の開始過程と伸長過程の可視化：　顕微鏡下での観察に適した大きなリポソーム（GUV）の作成を行い、その表面におけるBARタンパク質の集積の可視化に成功した。今後のこの集積の時間変化を詳しく調べる予定である。

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

• [Int'l Joint Research] MDC(Germany)
• [Journal Article] Higher-order assemblies of BAR domain proteins for shaping membranes (2016)
  • Author(s): Suetsugu S
  • Journal Title: Microscopy Volume: - Issue: 3 Pages: 201-210
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfw002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Yeast Ivy1p Is a Putative I-BAR-domain Protein with pH-sensitive Filament Forming Ability <i>in vitro</i> (2016)
  • Author(s): Itoh Y, Kida K, Hanawa-Suetsugu K, Suetsugu S
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 41 Issue: 1 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1247/csf.15014
  • NAID: 130005126757
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylation of PACSIN2 by protein kinase C triggers the removal of caveolae from the plasma membrane. (2015)
  • Author(s): Senju Y, Rosenbaum E, Shah C, Hamada-Nakahara S, Itoh Y, Yamamoto K, Hanawa-Suetsugu K, Daumke O, Suetsugu S.
  • Journal Title: J Cell Sci. Volume: 128 Pages: 2766-2780
  • DOI: 10.1242/jcs.167775
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Possible regulation of caveolar endocytosis and flattening by phosphorylation of F-BAR domain protein PACSIN2/Syndapin II. (2015)
  • Author(s): Senju Y, Suetsugu S.
  • Journal Title: Bioarchitecture Volume: 5 Issue: 5-6 Pages: 70-77
  • DOI: 10.1080/19490992.2015.1128604
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] TRPV4 Channel Activity Is Modulated by Direct Interaction of the Ankyrin Domain to PI(4,5)P₂ (2015)
  • Author(s): 末次志郎, 高橋重成, 伊藤弓弦, 竹村和浩, 嶋田 睦, 北尾彰朗, 森 泰生
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 55 Issue: 5 Pages: 262-265
  • DOI: 10.2142/biophys.55.262
  • NAID: 130005100825
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] BARドメインタンパク質の立体構造と ファゴサイトーシスにおける機能 (2017)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: 第122回 日本解剖学会
  • Place of Presentation: 長崎大学（長崎県長崎市）
  • Year and Date: 2017-03-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] BARドメインタンパク質の立体構造と ファゴサイトーシスにおける機能 (2017)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: 第137回 日本薬学会年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Yeast Ivy1p is a putative I-BAR-domain protein with pH-sensitive filament forming ability in vitro (2016)
  • Author(s): Yuzuru Itoh, Kazuki Kida, Kyoko Hanawa-Suetsugu, Shiro Suetsugu
  • Organizer: American Society for Cell Biology
  • Place of Presentation: モスコーネセンター（サンフランシスコ市、アメリカ）
  • Year and Date: 2016-12-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] BARタンパク質による細胞膜の形態形成とファゴサイトーシスの関連 (2016)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: 第５４回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Regulation of caveolar morphology by the F-BAR domain protein PACSIN2/Syndapin II (2016)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: XXII Biennial Meeting of the International Society for Eye Research
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-09-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] BARタンパク質による細胞膜の形態形成とファゴサイトーシスの関連 (2016)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カドヘリンの局在化における I-BARタンパク質IRSp53の役割 (2016)
  • Author(s): 多羅尾賢斗、塙京子、末次志郎
  • Organizer: 第68回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-06-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] BARタンパク質による細胞膜の形態形成 (2016)
  • Author(s): 末次志郎
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PACSIN2のリン酸化によるカベオラ細胞膜局在の負の制御 (2015)
  • Author(s): 千住 洋介、末次 志郎
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] BARタンパク質エンドフィリンの膜切断活性とがんにおける変異 (2015)
  • Author(s): 木田 和輝、北又 学、塙 京子、末次 志郎
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 新規結合タンパク質によるF-BARタンパク質CIP4の管状形成阻害 (2015)
  • Author(s): 福永 優也、塙 京子、末次 志郎
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] IRSp53の上皮間葉転換における役割 (2015)
  • Author(s): 多羅尾 賢斗、塙 京子、末次 志郎
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] The identificaiton of the ankyrin repeat domain as a novel lipid-binding module (2015)
  • Author(s): 末次 志郎
  • 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: 2015-09-14
  • Int'l Joint Research / Invited