細胞内局所pH制御メカニズムの解明

• Project Area: Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
• Project/Area Number: 26115720
• 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: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 森本 雄祐 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (50631777)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000); Fiscal Year 2015: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: シグナル伝達 / 細胞内pH / 蛍光イメージング / 細胞運動 / 細胞内PH

Outline of Annual Research Achievements

細胞性粘菌などで見られるアメーバ運動は、特異的なpH領域が細胞内で局所的に形成されることによって、効率よく指向性を持った運動をすることができているものと考えられている。しかしながら、実際にはアメーバ運動における細胞内局所pHの制御機構および詳細な役割は明らかではない。本課題では、蛍光イメージングを中心とした手法により、高時空間分解能での細胞内pH測定および細胞内pHの局所的な制御を行うことにより、細胞内局所pH変化によるアメーバ運動などの細胞のダイナミクスを制御するメカニズムを明らかにすることを目指した。
昨年度までに開発したレシオメトリック型高感度pHプローブタンパク質を用いて、細胞性粘菌の細胞運動と細胞質pH変化に高い相関性があることが示された。また、同プローブを用いて細胞性粘菌の発生段階における細胞質pHの変化を１細胞レベルで計測することにより、発生過程においても細胞運動と細胞質pHに明確な相関があることが明らかとなった。さらに、cAMPに対する走化性によって細胞が集合する際に、細胞質pH変化よりも大きな膜電位変化が起こっていることが明らかとなった。本研究により、細胞内の局所的なpH変化と細胞運動に高い相関があることが明らかになっただけではなく、pH変化以上に膜電位の変化が起こっていることが明らかになったことは、プロトンだけではなく他のイオンの重要性も示唆しており、今後の研究へとつながる知見も得られたことは有益な成果である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Domain-swap polymerization drives the self-assembly of the bacterial flagellar motor (2016)
  • Author(s): Matthew A.B. Baker, Robert M.G. Hynson, Lorraine A. Ganuelas, Nasim Shah Mohammadi, Chu Wai Liew, Anthony A. Rey, Anthony P. Duff, Andrew E. Whitten, Cy M. Jeffries, Nicolas J. Delalez, Yusuke V. Morimoto, Daniela Stock, Judith P. Armitage, Andrew J. Turberfield, Keiichi Namba, Richard M. Berry and Lawrence K. Lee
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 23 Issue: 3 Pages: 197-203
  • DOI: 10.1038/nsmb.3172
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The bacterial flagellar type III export gate complex is a dual fuel engine that can use both H+ and Na+ for flagellar protein export (2016)
  • Author(s): Minamino T, Morimoto YV, Hara N, Aldridge PD, Namba K
  • Journal Title: PLoS Pathog Volume: 12 Issue: 3 Pages: e1005495-e1005495
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1005495
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FliH and FliI ensure efficient energy coupling of flagellar type III protein export in Salmonella. (2016)
  • Author(s): Minamino T, Kinoshita M, Inoue Y, Morimoto YV, Ihara K, Koya S, Hara N, Nishioka N, Kojima S, Homma M, Namba K
  • Journal Title: Microbiologyopen Volume: - Issue: 3 Pages: 340-340
  • DOI: 10.1002/mbo3.340
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] H+ and Na+ are involved in flagellar rotation of the spirochete Leptospira. (2015)
  • Author(s): Islam MS, Morimoto YV, Kudo S, Nakamura S
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 466 Issue: 2 Pages: 196-200
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.09.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lactose fermentation product by Lactococcus lactis subsp. lactis, acetate, inhibits the motility of flagellated pathogenic bacteria (2015)
  • Author(s): Shuichi Nakamura, Yusuke V. Morimoto, Seishi Kudo
  • Journal Title: MIcrobiology Volume: 161 Issue: 4 Pages: 701-707
  • DOI: 10.1099/mic.0.000031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Assembly dynamics and the roles of FliI ATPase of the bacterial flagellar export apparatus. (2014)
  • Author(s): Bai, F.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 6528-6528
  • DOI: 10.1038/srep06528
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The bacterial flagellar protein export apparatus processively transports flagellar proteins even with extremely infrequent ATP hydrolysis. (2014)
  • Author(s): Minamino, T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Issue: 1 Pages: 7579-7579
  • DOI: 10.1038/srep07579
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 自発的膜電位変化を伴う走化性シグナル伝達 (2016)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 2016年 生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 京都、キャンパスプラザ京都
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] 細胞性粘菌におけるシグナル伝達と膜電位変化の関係 (2015)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 第５回日本細胞性粘菌学会例会
  • Place of Presentation: 弘前、弘前大学
  • Year and Date: 2015-10-11
• [Presentation] High-sensitivity fluorescence imaging of membrane potential in Dictyostelium (2015)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢、金沢大学
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] 細胞内局所pHと細胞機能の関係 (2015)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • Place of Presentation: 愛知、岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2015-04-20
• [Presentation] Effect of cytoplasmic pH change on the cell migration (2015)
  • Author(s): 森本雄祐
  • Organizer: 新学術領域「少数性生物学」第８回領域会議
  • Place of Presentation: 北海道、ルスツリゾート
  • Year and Date: 2015-01-30
• [Presentation] 細胞性粘菌の走化性における細胞内pHの役割 (2014)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 日本細胞性粘菌学会 第４回例会
  • Place of Presentation: 仙台、東北大学片平さくらホール
  • Year and Date: 2014-10-11
• [Presentation] Effect of cytoplasmic local pH on the cell migration (2014)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 第５２回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌、札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] 細胞内局所 pH 変化による細胞運動への影響 (2014)
  • Author(s): 森本雄祐
  • Organizer: 新学術領域「動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成」第４回若手の会
  • Place of Presentation: 熊本、火の国ハイツ
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] 細胞運動における細胞内局所pH変化の影響 (2014)
  • Author(s): 森本雄祐、上田昌宏
  • Organizer: 新学術領域「少数性生物学」第７回領域会議
  • Place of Presentation: 滋賀、びわこクラブ
  • Year and Date: 2014-06-21
• [Presentation] バクテリアべん毛モーターの回転に共役したプロトンの流れは固定子と回転子の相互作用により制御される (2014)
  • Author(s): 森本雄祐、平岡孝一、上池伸徳、難波啓一、南野徹
  • Organizer: 第11回 21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 盛岡、湯守 ホテル大観
  • Year and Date: 2014-06-06