2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
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| Project/Area Number |
25102010
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲垣 直之 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 教授 (20223216)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 神経細胞 / 軸索 / アクチン / 自己組織化 / メカノバイオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、神経軸索伸長のためにシグナル伝達を力に変換する分子集合体をモデルシステムとして、生体分子素子の動的な構造変化や自己組織化を起点として、時間経過とともに、力の発生、さらには高次の細胞機能へと至る機構を、in vitro、神経細胞、人工再構築系を用いた複数の階層にまたがる一連の研究を通じて解明することを目指す。
我々のこれまでの研究により、拡散性の軸索誘引分子Netrin-1を介したシグナル伝達によりリン酸化酵素PAK1がShootin1をリン酸化するとShootin1がCortactinを介してアクチン線維と集合体を形成することが解っている。また、Shootin1がPAK1によりリン酸化されることによりShootin1とL1-CAMの結合も促進することが解った。また、Shootin1-Cortactin相互作用とShootin1-L1相互作用が軸索伸長のためのシグナル→力の変換に重要な役割を果たすことが明らかとなった。さらに、超分子質量分析装置を用いたNative mass解析により、Shootin1がin vitroで２量体を構成することも明らかとなった。
そこで、本年度は、Shootin1とL1-CAMの複合体をNative massによる解析を行い、Shootin1とL1-CAMがそれぞれ２分子、１分子からなる複合体を形成することが明らかとなった。また、Shootin1が神経細胞の細胞移動のための力の発生に関与することもわかりつつある。さらに、Shootin1とL1-CAMの複合体が、拡散性の軸索誘引分子のみならず、細胞外基質上のLamininにも反応して軸索伸長のための力を生み出すことがわかってきた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、Shootin1-Cortactin相互作用とShootin1-L1相互作用が細胞内で軸索伸長のためのシグナル→力の変換に重要な役割を果たすことを解明した。また、Shootin1が神経細胞の細胞移動のための力の発生に関与することもわかりつつある。さらに、Shootin1とL1-CAMがそれぞれ２分子、１分子からなる複合体を形成することも明らかとなった。このように、神経細胞の軸索伸長や細胞移動のためにシグナル伝達を力に変換する分子集合体の実態が着実に明らかとなりつつある、したがって期待通りの研究成果を挙げることができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の解析に引き続き、本年度は以下に述べる解析を中心的に行う。
１）シグナル→力の変換を担うShootin1-L1-CAMの複合体の解析：シグナル→力の変換の場としてのShootin1-L1-CAM集合体の集合・離散に伴う動態を、中性子小角散乱およびNative mass解析を用いて構造学的に解析する。特に今後は、、Shootin1の継時的リン酸化に伴うL1-CAM結合部位のエネルギー・結合力・構造変化に着目する。Shootin1のリン酸化に伴う分子内・分子間相互作用の変動を詳細に解析し、高次レベルのShootin1の動的複合体形成機構も明らかにする。さらに、以上のShootin1-L1-CAM複合体にCortactinを加えて同様の解析を行う。これにより軸索伸長のための力発生およびシグナル→力の変換の場となる集合体の多分子レベルでの自己組織化のメカニズムの解明を目指す。
２）神経細胞における分子の自己組織化と力の発生、軸索伸長・細胞移動の解析：次に、一連の物理・化学的解析で明らかとなった微細なレベルでの分子動態と、それに伴うShootin1-L1-CAMを含む集合体の形成が、時間発展とともに神経細胞でいかにして高次機能の発現にいたるのかを明らかにする。具体的には、軸索先端における、Shootin1-L1-CAM集合体の形成を細胞内1分子計測法でモニターし、それに伴う軸索推進力を細胞牽引力計測法（Toriyama et al, Curr Biol 2013）を用いて定量する、さらに軸索の継時的な伸長速度および細胞移動速度をライブイメージングで同時計測する。
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[Journal Article] Actin migration driven by directional assembly and disassembly of membrane anchored actin filaments2015
Author(s)
Katsuno, H., Toriyama, M., Hosokawa, Y., Mizuno, K., Ikeda, K., Sakumura, Y, and Inagaki, N.
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Journal Title
Cell Reports
Volume: 12
Pages: 648-660
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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