2019 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular basis of cilia beating mode.
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16H02502
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉川 雅英 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (80272425)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 繊毛 / クライオ電子顕微鏡 / ゼブラフィッシュ / ダイニン / ゲノム編集 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物の鞭毛・繊毛は細胞から突出した毛状の細胞小器官であり、内部の軸糸ダイニンによって運動が駆動される。高等生物では、組織分化に伴い繊毛運動も多様化しており、左右軸決定をするノード繊毛の回転運動、気管上皮繊毛の平面非対称運動、精子鞭毛の正弦波様の運動など、様々な運動モードを呈する。それぞれの運動モードは組織の働きと密接に関わっており、異常によって繊毛病の原因となる。しかし、各組織での繊毛の運動モードを制御する仕組みは、明らかになっていない。
本研究では「組織間で異なる繊毛運動モードは、それを駆動する軸糸ダイニンの違いによる」という作業仮説を立て、これを検証する。モデル生物にはゼブラフィッシュを用いる。我々の研究室では初めてゼブラフィッシュ精子のCryo-ET構造解析に成功している。これまでに、4つの軸糸ダイニン組み立て因子のゼブラフィッシュ変異体についてCryo-ET法によって精子の軸糸構造を解析し、変異体精子の運動性と欠損する軸糸ダイニンサブタイプを対応づけた(Systematic studies of all PIH proteins in zebrafish reveal their distinct roles in axonemal dynein assembly, Elife. 2018 May 9;7:e36979.)。また、軸糸ダイニンコンポーネントであるEfcab1遺伝子(ホヤ精子でCa2+濃度に応じて鞭毛波形を変化させることが知られるCalaxin遺伝子の脊椎動物オーソログ)についてゼブラフィッシュ変異体を作製し、クッペル胞繊毛の運動に必須な機能を持つことを明らかにした。マウスEfcab1変異体の解析(共同研究)と合わせて、Efcab1がノード繊毛の形成に特異的に必要であることを報告している(Calaxin is required for cilia-driven determination of vertebrate laterality, Commun Biol. 2019 Jun 20;2:226)。
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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
軸糸ダイニン組み立て因子、軸糸ダイニンコンポーネントであるEfcab1の機能解析についての論文が発表されており、進捗は概ね順調である。軸糸ダイニン重鎖遺伝子について作成した変異体の1つではクッペル胞と神経管に特異的な表現型が観察されており、組織ごとの軸糸ダイニンの使い分けを示唆している。また、精子と運動モードが異なる繊毛としてゼブラフィッシュ嗅上皮繊毛を単離・精製する方法を開発しており、Cryo-ET法による構造解析を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
作成した軸糸ダイニン重鎖遺伝子変異体について表現型解析とCryo-ET法による繊毛構造解析を行い、繊毛運動性と軸糸ダイニンサブタイプの対応をまとめる予定である。また、作製した軸糸ダイニンコンポーネント遺伝子変異体については、変異体やトランスジェニックレスキュー個体のCryo-ET軸糸構造解析を行うことで軸糸内の局在を明らかにし、相互作用する軸糸ダイニンサブタイプを明らかにして繊毛運動を制御するメカニズムを解析する予定である。また、異なる運動モードを呈する繊毛としてゼブラフィッシュの精子鞭毛(正弦波様の運動)と嗅上皮繊毛(平面非対称運動)に着目している。これまで、同一生物種内で、異なる運動モードを持つ繊毛構造が詳細に比較解析されたことは無い。Cryo-ET法によるこれらの軸糸の構造比較から、組織間で異なる構造的特徴を解析し、軸糸ダイニンサブタイプとの関連を明らかにする予定である。
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