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Development of optogenetic tools for manipulation of cellular function by genetically encoded PhyB-PIF system

Publicly Offered Research

Project AreaResonance Biology for Innovative Bioimaging
Project/Area Number 18H04754
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionCenter for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences

Principal Investigator

青木 一洋  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (80511427)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords光遺伝学 / optogenetics / Phytochrome / ERK / PhyB / PIF / 線虫 / 分裂酵母 / シグナル伝達
Outline of Annual Research Achievements

近年、神経活動だけでなく細胞内シグナル伝達系に見られる翻訳後修飾反応においても、光遺伝学的による操作が可能となってきた。光誘導性二量体化(LID)システムであるCRY2-CIB系やLOV系などを使ったシグナル伝達系の操作が広く用いられているが、GFPの励起光と重なる青色光を使うことや解離に時間がかかるという問題点があった。一方、PhyB-PIF系を用いたLIDシステムは、他のものと異なり赤色光を使い、かつ結合と解離を誘導できるユニークな性質を持つ。しかし、PhyB-PIF系は補因子であるフィコシアノビリンPCBの精製と添加が必要で、この制約によりPhyB-PIF系が培養細胞系のみにしか適応されないという障害があった。本研究は、前回の公募研究で得られた結果をさらに発展し、「遺伝子にコードされたPhyB-PIF系によるシグナル伝達の光操作システムの開発と応用」を目的とする。
昨年度に引き続き、本年度は、1.哺乳類培養細胞内PCB合成系の改良、2.分裂酵母や線虫におけるPCB合成系の導入とPhyB-PIF系による光操作、の2点を進めた。1に関しては、PcyAとHO1のキメラタンパク質を作ったところ、PCBの合成が起こることが確認された。これによりP2Aペプチドとミトコンドリア標的シグナルMTSを1つずつ減らした改良版のPCB合成系を作製した。2に関しては、分裂酵母を用いて、CDK1の制御、およびスピンドルアセンブリーチェックポイントの光制御に成功している。線虫においてもPCB合成の確認と、PhyB-PIFの光依存的な局在変化を確認している。現在、ERK経路を操作し、表現型を光で制御することを検討している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Regulation of cell proliferation and collective cell migration by ERK MAP kinase2019

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 91 Issue: 1 Pages: 73-80

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910073

    • NAID

      40021833028

    • ISSN
      0037-1017
    • Year and Date
      2019-02-25
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Single-cell quantification of the concentrations and dissociation constants of endogenous proteins2019

    • Author(s)
      Akira T Komatsubara, Yuhei Goto, Yohei Kondo, Michiyuki Matsuda, Kazuhiro Aoki
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 294 Issue: 15 Pages: 6062-6072

    • DOI

      10.1074/jbc.ra119.007685

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cell-to-Cell Heterogeneity in p38-Mediated Cross-Inhibition of JNK Causes Stochastic Cell Death2018

    • Author(s)
      Miura Haruko、Kondo Yohei、Matsuda Michiyuki、Aoki Kazuhiro
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 24 Issue: 10 Pages: 2658-2668

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.08.020

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Composite regulation of ERK activity dynamics underlying tumour-specific traits in the intestine2018

    • Author(s)
      Muta Yu、Fujita Yoshihisa、Sumiyama Kenta、Sakurai Atsuro、Taketo M. Mark、Chiba Tsutomu、Seno Hiroshi、Aoki Kazuhiro、Matsuda Michiyuki、Imajo Masamichi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2174-2174

    • DOI

      10.1038/s41467-018-04527-8

    • NAID

      120006488609

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Live-cell Imaging with Genetically Encoded Protein Kinase Activity Reporters2018

    • Author(s)
      Maryu G, Miura H, Uda Y, Komatsubara AT, Matsuda M, Aoki K
    • Journal Title

      Cell Structure and Function

      Volume: 43 Issue: 1 Pages: 61-74

    • DOI

      10.1247/csf.18003

    • NAID

      130006725957

    • ISSN
      0386-7196, 1347-3700
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Inverse tissue mechanics of cell monolayer expansion2018

    • Author(s)
      Kondo Yohei、Aoki Kazuhiro、Ishii Shin
    • Journal Title

      PLOS Computational Biology

      Volume: 14 Issue: 3 Pages: e1006029-e1006029

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1006029

    • NAID

      120006466609

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 細胞内シグナル伝達系の 可視化、定量化、光操作2019

    • Author(s)
      青木一洋
    • Organizer
      大阪大学蛋白質研究所セミナー がん研究の新機軸
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞集団運動と非平衡輸送現象の接点2019

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Organizer
      定量生物学の会第9回年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞内シグナル伝達系の可視化と光操作2018

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Organizer
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 実験と数理モデルによる細胞内の情報処理機構の解析2018

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Organizer
      第15回 生物数学の理論とその応用 -次世代の数理科学への展開-
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞間のERK活性伝搬による細胞集団運動の制御と光操作2018

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Organizer
      細胞を創る研究会11.0
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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