2017 Fiscal Year Annual Research Report
アクチンと膜ナノドメインの協働による炭疽菌毒素の細胞侵入：１分子観察による解明
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16F16414
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
楠見 明弘 沖縄科学技術大学院大学, 膜協同性ユニット, 教授 (50169992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LIU AN-AN 沖縄科学技術大学院大学, 膜協同性ユニット, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-11-07 – 2019-03-31
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| Keywords | 1分子追跡 / ラフト相互作用 / アクチン重合 / エンドサイトシス / ガングリオシド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、我々が世界最速の1分子追跡法を用いた研究から得た作業仮説、すなわち「ラフト親和性受容体では、受容体会合、安定ナノラフト領域形成、アクチン重合の3つの過程が協働的にはたらいて、シグナル変換と受容体の細胞内取込みを起こす」という仮説の成否を検証することである。
具体的には、『炭疽菌毒素の細胞内侵入の初期過程』を研究パラダイムとする。毒素の細胞内への取り込みを担うサブユニットProtective Antigenが、膜貫通型受容体に結合すると、受容体からの細胞内シグナルが誘起され、毒素が結合した受容体は細胞内に取り込まれる。この過程と分子機構の解明を目指す。毒素の細胞内侵入は、細胞膜の様々な生理機構を乗っ取ることによって可能になっており、侵入機構の解明によって、細胞膜（細胞骨格まで含めて）の生理機構の解明が大きく進展し、生物学・基礎医学全般に大きく貢献することが期待できる。
本年度は、以下の研究結果が得られた。(1) 昨年度の研究で、ガングリオシドのGM1とGM3はPA会合体にリクルートされ、それぞれ0.3秒程度と0.1秒程度PA会合体と共局在することが分かった。本年度の研究で、GM1とGM3がほとんど欠失した細胞系を用いることで、GM1の方がはるかに高頻度に、PAの結合した受容体と相互作用することが示された。(2) 受容体取り込みステップの解明のため、ユビチキン化の進行をユビキチン化に関わるCbl分子との相互作用として1分子観察しようとしたが、うまくいかなかった。(3) PA会合体では、ラフト依存的にN-WASPとArp2/3のリクルートが起こり、アクチン重合が進むことが分かった。このように、PA会合体とその細胞内取込みを調べることによって、細胞膜シグナルにおけるナノラフト領域とアクチン膜骨格との相互作用の解明が進みつつある。
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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
本年度の研究では、ほぼ予定通りの検討をおこない、研究の進展をみた。すなわち、(1) ガングリオシドのGM1とGM3のPA会合体へのリクルートについては、GM1の方がはるかに高頻度に、PAの結合した受容体と相互作用することが示された。(2) PA会合体では、ラフト依存的にアクチン重合が進むことが分かった。
このように、研究は、ほぼ予定通りに、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究で、PAの結合したPA受容体の会合体は、ガングリオシドのGM1とラフト相互作用、および、別の分子間相互作用によって、高頻度に相互作用し、相互作用時間は0.3秒程度であることが分かってきた。そこで本年度（最終年度）はまず、我々の研究室で昨年度に開発された超長時間1分子追跡技術を援用して、PA受容体の会合体が作るラフトに、GM1や、他のラフト分子が次々と結合しては去って行く様子を、直接に観察し、PA受容体の会合体ラフトにおけるラフト脂質の交換を直接観察する予定である。また、ラフト分子間相互作用に加えて、糖鎖同士、糖鎖とタンパク質の相互作用がＧＭ１のリクルートに関与しているという仮説のもと、その成否を検討する。第二に、昨年度に、PA会合体ラフトへのN-WASPとArp2/3のリクルートが観察されたが、そこで実際にアクチンが重合を始める様子を直接観察する。これらによって、「ラフト親和性受容体では、受容体会合、安定ナノラフト領域形成、アクチン重合の3つの過程が協働的にはたらいて、シグナル変換と受容体の細胞内取込みを起こす」という仮説の成否を検証する。
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