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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Quantitative understanding of the mechanism of G1-S phase checkpoint regulated by ERK signal

Research Project

Project/Area Number 18H02444
Research InstitutionCenter for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences

Principal Investigator

青木 一洋  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (80511427)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
KeywordsERK / Akt / チェックポイント / 光遺伝学
Outline of Annual Research Achievements

細胞周期はすべての生命にとって必要不可欠な現象であり、細胞周期の制御機構は精力的に解析が進められてきた。とくに外部の栄養状態などを認識し、細胞周期を進めるかどうかを決定するG1-S期チェックポイントは基礎的にも臨床的にも重要である。本研究では、生細胞イメージングによるERK活性と細胞周期関連因子を可視化、定量化し、G1-S期チェックポイントのアナログ-デジタル変換による閾値決定機構を明らかにすることを目的とする。
本年度は、ERKとAktのレポーターと細胞周期レポーターの同時タイムラプスイメージングとその解析、RBのFRETバイオセンサーの構築、光遺伝学による細胞周期の操作を行った。MCF-10A細胞にERK、Aktのレポーターと細胞周期のレポーターを導入し、数日間にわたるタイムラプスイメージングを行い、画像解析によりデータを取得した。AktはERKと同様に確率的に活性化する発火現象を示すこと、またERKとAktの活性に強い相関があるが、S期においてERKとAktの活性が相関しない部分があることが分かり、Akt活性はS期/G2期の短縮に必要であることが分かった。またイメージング結果からERKとAktを両方抑制すると、endocyclingすることが明らかになった。光遺伝学によりERKとAktをそれぞれ別々に活性化できる系を開発し、ERKとAktを両方活性化させるとG1-S期を進行できること、AktのS期/G2期の短縮、ERKとAktのendocyclingの役割について検証した。RBのFRETバイオセンサーも開発しており、RBのリン酸化状態を反映してFRETが変化するということが分かってきた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Visualization and Manipulation of Intracellular Signaling2021

    • Author(s)
      Goto Yuhei、Kondo Yohei、Aoki Kazuhiro
    • Journal Title

      Adv Exp Med Biol.

      Volume: 1 Pages: 225~234

    • DOI

      10.1007/978-981-15-8763-4_13

  • [Journal Article] CDCP1 promotes compensatory renal growth by integrating Src and Met signaling2021

    • Author(s)
      Kajiwara Kentaro、Yamano Shotaro、Aoki Kazuhiro、Okuzaki Daisuke、Matsumoto Kunio、Okada Masato
    • Journal Title

      Life Science Alliance

      Volume: 4 Pages: e202000832

    • DOI

      10.26508/lsa.202000832

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hierarchical modeling of mechano-chemical dynamics of epithelial sheets across cells and tissue2021

    • Author(s)
      Asakura Yoshifumi、Kondo Yohei、Aoki Kazuhiro、Naoki Honda
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Pages: 4069

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83396-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Signaling, Deconstructed: Using Optogenetics to Dissect and Direct Information Flow in Biological Systems2021

    • Author(s)
      Farahani Payam E.、Reed Ellen H.、Underhill Evan J.、Aoki Kazuhiro、Toettcher Jared E.
    • Journal Title

      Annual Review of Biomedical Engineering

      Volume: 23 Pages: in press

    • DOI

      10.1146/annurev-bioeng-083120-111648

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 3DeeCellTracker, a deep learning-based pipeline for segmenting and tracking cells in 3D time lapse images2021

    • Author(s)
      Wen Chentao、Miura Takuya、Voleti Venkatakaushik、Yamaguchi Kazushi、Tsutsumi Motosuke、Yamamoto Kei、Otomo Kohei、Fujie Yukako、Teramoto Takayuki、Ishihara Takeshi、Aoki Kazuhiro、Nemoto Tomomi、Hillman Elizabeth MC、Kimura Koutarou D
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 10 Pages: e59187

    • DOI

      10.7554/eLife.59187

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A microtubule‐LUZP1 association around tight junction promotes epithelial cell apical constriction2020

    • Author(s)
      Yano Tomoki、Tsukita Kazuto、Kanoh Hatsuho、Nakayama Shogo、Kashihara Hiroka、Mizuno Tomoaki、Tanaka Hiroo、Matsui Takeshi、Goto Yuhei、Komatsubara Akira、Aoki Kazuhiro、Takahashi Ryosuke、Tamura Atsushi、Tsukita Sachiko
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 40 Pages: e104712

    • DOI

      10.15252/embj.2020104712

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement of Phycocyanobilin Synthesis for Genetically Encoded Phytochrome-Based Optogenetics2020

    • Author(s)
      Uda Youichi、Miura Haruko、Goto Yuhei、Yamamoto Kei、Mii Yusuke、Kondo Yohei、Takada Shinji、Aoki Kazuhiro
    • Journal Title

      ACS Chemical Biology

      Volume: 15 Pages: 2896~2906

    • DOI

      10.1021/acschembio.0c00477

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ERK-Mediated Mechanochemical Waves Direct Collective Cell Polarization2020

    • Author(s)
      Hino Naoya、Rossetti Leone、Marin-Llaurado Ariadna、Aoki Kazuhiro、Trepat Xavier、Matsuda Michiyuki、Hirashima Tsuyoshi
    • Journal Title

      Developmental Cell

      Volume: 53 Pages: 646~660.e8

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2020.05.011

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization and manipulation of cell signaling and cell fates.2020

    • Author(s)
      Kazuhiro Aoki
    • Organizer
      Virtual Workshop: Cell State Transitions: Approaches, Experimental Systems and Models
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 蛍光イメージングを用いた細胞内シグナル伝達系の可視化・定量化・操作2020

    • Author(s)
      青木 一洋
    • Organizer
      NCU Life Science Seminar
    • Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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