紡錘体の形態安定性を保証する微小管細胞骨格のミクロ力学の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16J05781
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 髙木 潤 国立遺伝学研究所, 新分野創造センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Keywords: 細胞分裂 / 紡錘体 / 生物物理

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、中期紡錘体の形態安定性のメカニズムを、紡錘体の骨格である微小管に対し、紡錘体内で発生する力に着目し、明らかにすることを目的とする。
本年度は、無細胞膜系において研究代表者らが開発した紡錘体内での力学計測技術を応用し、さらに高時空間分解能での紡錘体微小管の観察手法と組み合わせることで、紡錘体内で発生している力を検証することを目指した。本年度の研究により、弾性定数既知の柔らかいマイクロニードルを用いて、紡錘体の任意の領域の微小管を動かし、それに要する力を測定する手法を確立し、紡錘体各領域について微小管の輸送に必要な力をマッピングすることに成功した。さらに、紡錘体微小管の輸送のライブイメージングを行い、その観察結果とあわせて検証することで、現在紡錘体各領域における力発生の見積もりを行っている。また、マイクロニードルを用いて局所的に負荷した力に対する紡錘体微小管の応答を紡錘体全域において解析し、その解析結果から、現在紡錘体内における紡錘体微小管同士の相互作用の検証を行っている。
本年度は、上記課題と並行し、本研究課題において紡錘体の形成に用いている、アフリカツメガエル卵抽出液の凍結保存方法の改良を行った。本研究成果については国内特許出願を行い、現在国際的論文誌に論文を投稿中である。さらに、3件の共同研究を進め、2件について論文を発表し、1件については次年度に論文掲載予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度に予定していた、紡錘体内で発生する力の計測に必要な実験・解析手法の確立について、その大部分が確立され、さらにそれを用いた計測を行ったため。また、当初計画には無かった、卵抽出液の凍結保存方法の改良に成功し、実験系の利便性が大きく向上したため。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、本年度までに得られた紡錘体微小管動態に関する実験データについて、定量的解析を進めることで、紡錘体内における力発生の空間的様相を明らかにすると共に、紡錘体の構造安定性との関連を考察する。
また、これらの分子的背景を明らかにするため、本年度までに得られた特定の分子機能阻害下で行われた同様の実験データについても、解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] High quality frozen extracts of Xenopus laevis eggs reveal size-dependent control of metaphase spindle micromechanics (2017)
  • Author(s): Jun Takagi and Yuta Shimamoto
  • Journal Title: bioRxiv Volume: － Pages: －
  • DOI: 10.1101/112334
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spatial confinement of active microtubule networks induces large-scale rotational cytoplasmic flow (2017)
  • Author(s): Kazuya Suzuki, Makito Miyazaki, Jun Takagi, Takeshi Itabashi, and Shin’ichi Ishiwata
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 114 Pages: 2922－2927
  • DOI: 10.1073/pnas.1616001114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endoplasmic-reticulum-mediated microtubule alignment governs cytoplasmic streaming (2017)
  • Author(s): Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 19 Pages: 399－406
  • DOI: 10.1038/ncb3490
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamic properties of bio-motile systems as a liquid-crystalline structure (2017)
  • Author(s): Shin’ichi Ishiwata, Makito Miyazaki, Katsuhiko Sato, Koutaro Nakagome, Seine A. Shintani, Fuyu Kobirumaki-Shimozawa, Norio Fukuda, Kazuya Suzuki, Jun Takagi, Yuta Shimamoto, and Takeshi Itabashi
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 表層微小管の整列により線虫受精卵の細胞質流動が生じるメカニズム (2016)
  • Author(s): 木村 健二、Alexandre Mamane、佐々木 徹、佐藤 洪太、庭山 律哉、Lars Hufnagel、高木 潤、島本 勇太、Jean-Francois Joanny、内田 誠一、木村 暁
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] 微小管ネットワークによって引き起こされる細胞質回転流動 (2016)
  • Author(s): Kazuya Suzuki、Makito Miyazaki、Jun Takagi、Takeshi Itabashi、Shin’ichi Ishiwata
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Patent(Industrial Property Rights)] アフリカツメガエル卵抽出液の冷凍保存方法及び冷凍保存用キット、アフリカツメガエル卵濃縮抽出液、並びに細胞周期の分析方法 (2017)
  • Inventor(s): 島本勇太、高木潤
  • Industrial Property Rights Holder: 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2017-14441
  • Filing Date: 2017-01-30