微小管上を歩行する細胞質ダイニンの分子内相互作用の解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07327
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 今井 洋 中央大学, 理工学部, 助教 (60391869)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 分子モーター / 微小管 / ナノバイオ / ダイニン

Outline of Annual Research Achievements

細胞質ダイニンは、ヒトなどの真核生物の細胞内で、微小管に沿って細胞内物質を輸送するタンパク質である。ヒトの神経軸索の細胞は、細長く成長して、最長では１メートルにも及ぶことがある。この神経軸索内で細胞質ダイニンが微小管に沿って、ミトコンドリアなどの細胞のオルガネラやアルツハイマー病と関連のあるアミロイドβタンパク質などの細胞内物質の輸送を行う。この輸送が正常に行われることが正常な神経活動には必須であることが知られている。
この細胞質ダイニンがどのような構造で微小管上を歩行するかを知ることは、どのように神経軸索の維持を行うか知る上で、また、細胞質ダイニンの運動の分子メカニズムを知る上で重要であるが、未だに未知である。私たちは、微小管上を歩いている細胞質ダイニンを瞬間凍結して、凍結状態のまま透過型電子顕微鏡で観察することで構造を理解することを目指して研究している。
平成２８年度の研究では、低温での透過型電子顕微鏡の観察条件で飛躍的な改善を行うことができた。まず、研究の初めに、細胞性粘菌で発現して精製した細胞質ダイニンが微小管上を歩いている状態で、瞬間凍結して、凍結状態のまま大阪大学のクライオ電子顕微鏡（低温電子顕微鏡）で観察することに成功した。しかし、電子顕微鏡の低倍率で撮影可能な視野を探すと、全体の視野のごく一部（１％以下の面積）のみでしか解析に耐える薄い氷が張れていなかった。それ以外の部分は、氷が厚くて、電子線を透過できない、または、氷が薄すぎて壊れていて撮影ができない部分であった。この問題を克服するために凍結条件の検討を行った。その結果、全体の25%程度の面積が撮影出来るように改良できた。これで１回のタンパク質の調製で撮影出来る電顕写真の枚数を飛躍的に増やすことに成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

凍結条件の改良に時間がかかり計画していた電顕写真の６割程度しか撮影が済んでいない。今後は残りの撮影を完了して、画像解析を進めたい。

Strategy for Future Research Activity

今年度は撮影して得られた電顕画像の画像解析を計画している。この画像解析に必要な高性能のワークステーションは今年度の初めに発注する予定である。

Causes of Carryover

初年度に，電顕構造計算用のワークステーションを購入する予定であった．しかし，電顕構想計算用のソフトが，大幅に変更になった．これまで，CPU（通常のコンピューターの計算機）を使った並列計算で処理を行っていたが，GPU（グラフィックスボード）を使用した並列計算に移行した．そのため，移行してすぐには，ユーザーの間でどのようなGPUのワークステーションを買うのが良いのか意見が定まっていなかった．これが一段落するまで，購入を見合わせていた．

Expenditure Plan for Carryover Budget

GPUワークステーションの評判がかなりしっかりしてきたので，平成２９年度の始めに，GPUを搭載したワークステーションを購入する．