真核生物鞭毛の滑走運動：その生理的意味とメカニズム

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 25117521
• 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: Gakushuin University
• Principal Investigator: 神谷 律 学習院大学, 理学部, 客員教授 (10124314)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2014: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 細胞運動 / 鞭毛 / 滑走 / 膜タンパク質 / 走性

Outline of Annual Research Achievements

ある種の真核生物鞭毛・繊毛は表面膜と固体表面との間で滑走運動を行うことが知られている。最近、緑藻クラミドモナスにおいて、そのような滑走運動が鞭毛内輸送系（IFT）によって担われていることが確実になってきた。本研究では、その生理的意味を探るとともに、さらに運動機構に迫ることをめざした。その目的のために、非運動性突然変異株において滑走運動による細胞の移動を長時間にわたって記録する方法を確立し、細胞がその運動によってなんらかの行動を示すか否かを検討した。しかしながら、一方向からの光照射でも、温度勾配の下でも、滑走運動には特定の方向性は見られなかった。したがって、クラミドモナスが鞭毛滑走運動によって生理的意味のある行動を行う可能性は低いと考えられる。
一方、本研究の過程で、鞭毛表面に付着して滑走している微小なプラスチックビーズが、時間とともに凝集塊を形成し、やがて鞭毛から外れるという新奇な現象が観察された。凝集塊は蛍光標識したレクチンで染まることが判明したため、この現象は鞭毛上の何らかの糖タンパク質が外れて、ビーズに付着することによって起こると結論した。すなわち、鞭毛膜上の糖タンパク質は、これまでの想像を超えてダイナミックな挙動を示すものと考えられる。この現象は細胞が長距離にわたって滑走運動を行う機構の一部として重要であろう。
また本研究では現象の一般性をさぐるため、ウニ初期胚に見られる非運動性繊毛にビーズを付着させて、運動性を検討した。その結果、少数例ではあるが、ビーズが繊毛上を両方向に運動する現象が観察された。したがって、鞭毛繊毛の表面運動は広い生物種にわたって保存されていることが示唆され、鞭毛繊毛の生理機能の一つとして、今後さらに研究される価値があると考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural and functional diversity of axonemal dyneins as assessed by in vitro and in vivo motility assays of Chlamydomonas mutants. (2014)
  • Author(s): Kamiya, R. and Yagi, T.
  • Journal Title: Zoological Science Volume: 31 Issue: 10 Pages: 633-644
  • DOI: 10.2108/zs140066
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure of the microtubule-binding domain of flagellar dynein (2014)
  • Author(s): Kato, Y., Yagi, T., Harris, S.A., Ohki, S., Yura, K., 10, Shimizu, Y., Honda, S., Kamiya, R., Burgess, S.A., and Tanokura, M.
  • Journal Title: Structure Volume: 22 Pages: 1628-1638
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Space-dependent formation of central pair microtubules and their interactions with radial spokes (2014)
  • Author(s): Nakazawa, Y., Ariyoshi, T., Noga, A., Kamiya, R., and Hirono, M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 10 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0110513
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A molecular ruler determines the repeat length in eukaryotic cilia and flagella (2014)
  • Author(s): Oda T, Yanagisawa H, Kamiya R, and Kikkawa M.
  • Journal Title: Science Volume: 346 Issue: 6211 Pages: 857-860
  • DOI: 10.1126/science.1260214
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A conserved flagella-associated protein in Chlamydomonas, FAP234, is essential for axonemal localization of tubulin polyglutamylase TTLL9 (2014)
  • Author(s): Kubo T, Yanagisawa HA, Liu Z, Shibuya R, Hirono M, Kamiya R.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell. Volume: 25 Issue: 1 Pages: 107-117
  • DOI: 10.1091/mbc.e13-07-0424
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TTC26/DYF13 is an intraflagellar transport protein required for transport of motility-related proteins into flagella. (2014)
  • Author(s): Ishikawa H, Ide T, Yagi T, Jiang X, Hirono M, Sasaki H, Yanagisawa H, Wemmer KA, Stainier DY, Qin H, Kamiya R, Marshall WF.
  • Journal Title: Elife. Volume: 3 Pages: 1-24
  • DOI: 10.7554/elife.01566
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] クラミドモナス鞭毛表面運動の機構と生理的意義の追求 (2014)
  • Author(s): 神谷 律
  • Organizer: 日本動物学会 第８５回大会
  • Place of Presentation: 東北大学 （宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] チューブリン・ポリグルタミン酸化修飾による軸糸ダイニン機能の調節 (2013)
  • Author(s): 久保 智広，八木 俊樹，神谷 律
  • Organizer: 日本動物学会 第８４回大会
  • Place of Presentation: 岡山大学 （岡山県岡山市）
• [Presentation] Regulation of Axonemal Dynein Activity by a Conserved Tubulin Polyglutamylation System (2013)
  • Author(s): Ritsu Kamiya
  • Organizer: International Workshop Dynein 2013
  • Place of Presentation: オルビスホール（兵庫県神戸市）
  • Invited
• [Presentation] A suppressor mutant, ssh1, of flagellar shortness in dynein-deficient Chlamydomonas strains is deficient in the gene encoding FAP234, a protein involved in tubulin polyglutamylation (2013)
  • Author(s): Tomohiro Kubo, Masafumi Hirono, Takumi Aikawa, George B. Witman, and Ritsu Kamiya
  • Organizer: American Society for Cell Biology Annual Meeting
  • Place of Presentation: Convention Center, New Orleans､U.S.A.