2019 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03665
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
昆 隆英 大阪大学, 理学研究科, 教授 (30332620)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 細胞内物質輸送 / 構造生物学 / 分子モーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイニンは、ATP加水分解を利用して微小管上を滑り運動する巨大モータータンパク質複合体で、そのモーター活性は、細胞中心方向への物質輸送・細胞移動・細胞分裂など本質的な生命活動の駆動に必須である。しかし、これら多様な細胞内機能を発揮するための基盤となる「ダイニン複合体が微小管上を輸送運動するメカニズム」はいまだに謎に包まれており、その解明は生物物理学・細胞生物学分野の重要な研究課題のひとつである。本研究は、ダイニン複合体の機能面での解析を進めるとともに、構造面での研究を強力に推進することで、その運動発生機構の全貌を近原子レベルで明らかにすることを目指している。
本年度の研究では、まず、「細胞質ダイニン分子が微小管に強く結合している状態」のクライオ電子顕微鏡像単粒子三次元解析を行い、ダイニン中核領域について空間分解能3.2Åのクーロンポテンシャルマップを得ることに遂に成功した。その結果、細胞質ダイニンはMg・ADP結合状態で、二つの異なる中間状態構造をとることが初めて明らかになった。本発見は、ダイニンの力発生直後の構造について新たな知見をもたらすものであり、ダイニン力発生機構の全貌解明に向けた重要基盤になり得るものであると考えている。
また、ダイニン分子の力発生機構の共通性と多様性にアプローチするために、「繊毛ダイニン」を対象とした構造解析も開始している。高分解能構造情報が極めて乏しい内腕ダイニン群に焦点を絞り、それらの構造解析を進めた結果、「ダイニン複合体が微小管上を輸送運動するメカニズム」を解明する上で重要な「繊毛ダイニンの休止状態」の構造を捉えることに初めて成功した。現在、この休止状態構造の詳細を近原子分解能で明らかにするために、クライオ電子顕微鏡法を適用するための諸条件検討を進めている。
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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
新型コロナ感染症の影響で研究に大幅な遅れが生じたが、研究期間の延長（繰越）が認められたため、遅れをおおむね取り戻すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究により、「細胞質ダイニン」については、その中核領域についてクライオ電子顕微鏡像単粒子解析法を適用し近原子分解能構造を得ることが容易となった。今後は、さまざまなダイニン変異体の構造解析を行うことで、「ダイニン力発生機構」の構造機能相関を明らかにすることが重要課題となるだろう。一方で、「繊毛ダイニン」については、「ダイニン複合体が微小管上を輸送運動するメカニズム」の全貌を明らかにするという観点から、ダイニン分子単体のみならず、レールである微小管や積荷となる多種多様なタンパク質複合体までも対象とした、多面的な研究を展開する必要があるだろう。
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[Journal Article] Mutations in PIH proteins MOT48, TWI1 and PF13 define common and unique steps for preassembly of each, different ciliary dynein2020
Author(s)
Yamamoto, R., Yanagi, S., Nagao, M., Yamasaki, Y., Tanaka, Y., Sale, W.S., Yagi, T., Kon, T.
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Journal Title
PLOS Genetics
Volume: 16
Pages: e1009126
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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