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GPCRのシグナル伝達経路の分岐の仕組み:1分子観察法を用いた研究

Publicly Offered Research

Project AreaSpying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
Project/Area Number 24115511
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

笠井 倫志  京都大学, 再生医科学研究所, 助教 (20447949)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2012: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
KeywordsGタンパク質共役型受容体 / シグナル伝達 / 生物物理 / 1分子計測
Research Abstract

本提案課題の目的は、三量体Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の下流に存在する、様々なシグナル伝達経路が分岐する仕組みを解明する事である。このため、複数のシグナル分子を、蛍光色素1分子観察法を用いて1分子ずつ同時に見て、それらの相互作用を調べるという方法を用いた。顕微鏡のセットアップ、蛍光色素によるタンパク質分子のラベル法などの実験手法と解析法の基本部分の確立は、前年度に本新学術領域研究のサポートによって行ったが、解析法については、高速化と簡便性について大幅に改良の余地があることがわかったので検討を続けた。この観察技術を用いて、細胞内の3つの異なるシグナル分子、1)Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の一つである、β2アドレナリン受容体、2)GPCRをはじめとする様々な分子についてシグナル伝達のプラットフォームとなる足場タンパク質EBP50、さらに、3)活性化後の脱感作の過程でGPCRに特異的に結合するシグナル分子、アレスチンを同時に観察した。その結果、アゴニスト添加前にも、β2アドレナリン受容体とEBP50の結合がみられたが、この結合は100ミリ秒程度しか続かず、従来の知見とは異なり、足場構造そのものが極めて動的に生成消滅しているらしい可能性が示唆された。アゴニスト添加後には、こうしたEBP50とアドレナリン受容体との結合も刺激前と同様に観察されたが、同時に、アレスチン分子と受容体とが、100ミリ秒以上結合するという、比較的安定な複合体形成の様子も見られた。また、アドレナリン受容体、EBP50、アレスチンの3つが、100ミリ秒以下という極めて短時間だけ結合し、かつ膜上で停止しているという、全く新しいシグナル分子複合体を形成する事が分かった。これらの観察から、EBP50を含む異なる種類のシグナル分子複合体では、そこに含まれる受容体分子が素早く交換しており、シグナルの分岐を担っている働きの一つであることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 2 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Single-molecule imaging revealed dynamic GPCR dimerization2014

    • Author(s)
      R. S. Kasai and A. Kusumi
    • Journal Title

      Curr Opin Cell Biol.

      Volume: 27 Pages: 78-86

    • DOI

      10.1016/j.ceb.2013.11.008

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biocompatible fluorescent silicon nanocrystals for single-molecule tracking and fluorescence imaging2013

    • Author(s)
      Nishimura H, Ritchie K, Kasai RS, Morone N, Sugimura H, Tanaka K, Sase I, Yoshimura A, Nakano Y, Fujiwara TK, and Kusumi A
    • Journal Title

      J Cell Biol.

      Volume: 202 Issue: 6 Pages: 967-83

    • DOI

      10.1083/jcb.201301053

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-molecule imaging of receptor-receptor interactions2013

    • Author(s)
      K. G. Suzuki, R. S. Kasai, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
    • Journal Title

      Methods Cell Biol.

      Volume: 117 Pages: 373-390

    • DOI

      10.1016/b978-0-12-408143-7.00020-7

    • ISBN
      9780124081437
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ABCA1 dimer-monomer interconversion during HDL generation revealed by single-molecule imaging.2013

    • Author(s)
      Nagata, K., O., Nakada, C.,, Kasai, R. S.,Kusumi, A. and Ueda, K.
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci USA

      Volume: 110 Issue: 13 Pages: 5034-5039

    • DOI

      10.1073/pnas.1220703110

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transient GPI-anchored protein homodimers are units for raft organization and function2012

    • Author(s)
      K. G. N. Suzuki, R. S. Kasai, K. M. Hirosawa, Y. L. Nemoto, M. Ishibashi, Y. Miwa, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
    • Journal Title

      Nat. Chem. Biol.

      Volume: 8 Issue: 9 Pages: 774-783

    • DOI

      10.1038/nchembio.1028

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Raf inhibitors target Ras spatiotemporal dynamics2012

    • Author(s)
      K. J. Cho, R. S. Kasai, J. H. Park, S. Chigurupati, S. J. Heidorn, D. van der Hoeven, S. J. Plowman, A. Kusumi, R. Marais, and J. F. Hancock
    • Journal Title

      Curr. Biol.

      Volume: 22 Issue: 11 Pages: 945-955

    • DOI

      10.1016/j.cub.2012.03.067

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamic Monomer-Dimer Equilibrium as a General Property of the Class A GPCR: Single-Molecule2013

    • Author(s)
      Kasai RS
    • Organizer
      The 14th Membrane Research Forum
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-03-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Transient GPCR dimers trigger signaling as revealed by single-molecule imaging2013

    • Author(s)
      Kasai RS
    • Organizer
      The 2013 Cold Spring Harbor Asia Conference “NEW ADVANCES IN OPTICAL IMAGING OF LIVE CELLS & ORGANISMS”
    • Place of Presentation
      中国, 蘇州
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] GPCR dimers as active signal triggers: inverse agonist effects revealed by single-molecule imaging analysis2013

    • Author(s)
      Rinshi S. Kasai, Takahiro K. Fujiwara, and Akihiro Kusumi
    • Organizer
      日本生物物理学会 第51回年回
    • Place of Presentation
      京都
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic monomer-dimer equilibrium as a general property of the class A GPCR: detection by singlemolecule2012

    • Author(s)
      Kasai RS, Fujiwara TK, Kusumi A
    • Organizer
      The 2012 American Society for Cell Biology Annual Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, U.S.A.
    • Year and Date
      2012-12-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Book] Annu. Rev. Cell Dev. Biol., Volume 282012

    • Author(s)
      Kusumi A, Fujiwara TK, Chadda R, Xie M, Tsunoyama TA, Kalay Z, Kasai RS, Suzuki KGN
    • Total Pages
      36
    • Publisher
      Annual Reviews
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Book] Semin. Cell Dev. Biol., Volume 232012

    • Author(s)
      Kusumi A, Fujiwara TK, Morone N, Yoshida KJ, Chadda R, Xie M, Kasai RS, Suzuki KGN
    • Total Pages
      19
    • Publisher
      Elsevier
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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