エネルギー状態と顕微構造に基づく相補的解析法の開発

• Project Area: Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
• Project/Area Number: 21118523
• 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: Kyoto University (2010); National Center of Neurology and Psychiatry (2009)
• Principal Investigator: 諸根 信弘 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 講師 (50399680)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2009: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 電顕画像処理 / エネルギー論 / ATP変換 / 反応中間状態 / タンパク質構造 / 細胞膜構造 / カベオラ / 力学的刺激 / 画像処理技術 / 電子顕微鏡像 / 化学エネルギー / 水和エネルギー

Research Abstract

生きた細胞でタンパク質や脂質の分子間相互作用を考える場合、ATPの変換による化学エネルギーと水の結合による水和エネルギーはとても重要である。本研究では、これまでの実験及び理論的考察に基づき、ATP変換による「エネルギーと構造形成」や「水和と構造形成」について、エネルギー論と構造生物学から相補的な議論の成立を目指すことを目的とした。これまでに、電子顕微鏡法(フリーズレプリカ、単粒子解析、トモグラフィ)等の構造生物学解析により、「タンパク質の3次元構造(ゆらぎ)」を精製タンパク質レベル、あるいは細胞内タンパク質複合体レベルで可視化解析してきた。前者では「各エネルギー状態のタンパク質のコンフォメーション」や「タンパク質複合体形成で見られる反応中間体」を、後者では「大規模な細胞膜の構造変換」を対象とした。
今年度の主要な研究成果は、以下の通りである。
(1)拡張型数理形態学に基づく新しい画像処理法などの創出(BMC Bioinformatics 11 : 373のほか1報投稿中)
(2)アクト・ミオシン系のタンパク質複合体のin vitro表面構造解析(投稿中)
(3)タンパク質複合体の細胞内構造解析:コレステロール代謝に関わる膜裏打ちタンパク質(Cell 144 : 402)やコレステロール恒常性維持に関わる膜貫通型タンパク質(投稿準備中)

Research Products

• [Journal Article] Freeze-etch electron tomography for the plasma membrane interface. (2010)
  • Author(s): Morone N.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 657 Pages: 275-286
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extended morphological processing : a practical method for automatic spot detection of biological markers from microscopic images. (2010)
  • Author(s): Kimori Y, Baba N, Morone N.
  • Journal Title: BMC Bioinformatics Volume: 11 Pages: 373-373
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cells respond to mechanical stress by rapid disassembly of caveolae. (2010)
  • Author(s): Sinha B, Koster D, Ruez R, Gonnord P, Bastiani M, Abankwa D, Stan RV, Butler-Browne G, Vedie B, Johannes L, Morone N, Parton RG, Raposo G, Sens P, Lamaze C, Nassoy P.
  • Journal Title: Cell Volume: 144 Pages: 402-413
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extraction of structural features of biological images and its evaluationby mathematical morphology (2009)
  • Author(s): Kimori Y, Morone N, Katayama E.
  • Journal Title: Kenbikyo 44 Pages: 1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nitric oxide release in human aortic endothelial cells mediated by deliveryof amphiphilic polysiloxane nanoparticles to caveolae. (2009)
  • Author(s): Nishikawa T, Iwakiri N, Kaneko Y, Taguchi A, Fukushima K, Mori H, Morone N, Kadokawa J.
  • Journal Title: Biomacromolecule 10 Pages: 2074-85
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Analysis of Cell Membranes by Small Convergence Angle HAADF-STEM Tomography. (2009)
  • Author(s): Morone N, Aoyama K.
  • Journal Title: Kenbikyo 44 Pages: 257-261
  • NAID: 130007788939
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Plasma membrane differentiation during adipogenesis : cellular electron structural analysis by rapid-freeze, deep-etch, platinum-replica EM. (2011)
  • Author(s): Morone N.
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所
  • Year and Date: 2011-02-17
• [Presentation] Plasma membrane differentiation during adipogenesis : electron structural analysis by rapid-freeze, deep-etch EM. (2010)
  • Author(s): Morone N.
  • Organizer: 日本電子顕微鏡学会関西支部特別講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学野依記念学術交流館(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] Three-dimensional reconstruction of the membrane skeletonat the interface by freeze-etch electron tomography.(招待講演) (2010)
  • Author(s): Morone N.
  • Organizer: Progress Report Symposium of Membrane Mechanism Project (2005-2010), ICORP, JST
  • Place of Presentation: ホテルフジタ京都、Kyoto
  • Year and Date: 2010-01-29
• [Presentation] Structural analysis for cell membrane domain by electron microscopic image processing. (2010)
  • Author(s): Kimori Y, Morone N.
  • Organizer: The 13th International Membrane Research Forum The 6th iCeMS International Symposium
  • Place of Presentation: ホテルフジタ京都、Kyoto
  • Year and Date: 2010-01-28
• [Presentation] 生物顕微鏡と凍結技法 (2009)
  • Author(s): 諸根信弘
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第53回シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学、東京
  • Year and Date: 2009-10-31
• [Presentation] Freeze-etch Electron Tomography & Mathematical Morphological Analysis for the Plasma Membrane Interface.(招待講演) (2009)
  • Author(s): Morone N.
  • Organizer: 21st Annual Meeting of the KSMCB
  • Place of Presentation: COEX, Seoul Korea
  • Year and Date: 2009-10-16
• [Presentation] 数理形態学に基づいた新しい画像処理理論:細胞内タンパク質の定量分布解析へ (2009)
  • Author(s): 木森義隆、湯浅茂樹、諸根信弘
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第65回学術講演会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台
  • Year and Date: 2009-05-26
• [Presentation] 細胞膜につくられたコンパートメント構造:フリーズフラクチャー解析と画像認識技術による可視化(招待講演) (2009)
  • Author(s): 木森義隆、諸根信弘
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第65回学術講演会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台
  • Year and Date: 2009-05-26
• [Remarks]
  • URL: http://www.icems.kyoto-u.ac.jp/j/
• [Remarks]
  • URL: http://www.icems.kyoto-u.ac.jp/j/