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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of prokaryotic nanosized-organelle regulatory mechanism using molecular imaging

Research Project

Project/Area Number 19H02868
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

田岡 東  金沢大学, 生命理工学系, 准教授 (20401888)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords細菌 / オルガネラ / イメージング / 細胞骨格 / 磁性細菌 / アクチン / 磁気感知
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、磁性細菌が地磁気を感知するために合成するオルガネラ「マグネトソーム」の細胞内配置を制御するための仕組みを明らかにすることを目的とする。アクチン様蛋白質MamKはマグネトソームの配置や固定を行う細胞骨格を形成する。昨年度までの研究で、MamJはMamKの重合特性を調節し、短いMamK繊維を形成することがわかった。そこで、高速AFMを用いてMamJ存在かで重合するMamK繊維を観察したところ、繊維伸長は、一定の長さで停止し重合が平衡状態に達していることが推察された。MamJ濃度のMamK繊維の長さへの影響を調べたところ、MamK繊維の長さはMamJ濃度に依存的に短くなった。細胞内のMamKとMamJの存在比である1:2の条件では、AFMで観察されたMamK繊維はクライオトモグラフィで細胞内に観察されたMamK繊維の長さと類似していた。このことから、MamJは、MamKの重合特性を制御し短く動的なMamK繊維を形成することが明らかになった。
MamJは、マグネトソームの細胞質側表層にある蛋白質層(マトリクス)に局在する。そこで、MamJを表面に固定したマグネトソームに見立てビーズをMamK重合反応液に加える再構成実験を行った。その結果、ビーズの表面にMamKが濃縮され繊維が形成されることがわかった。以上の結果からMamJ機能モデルを提案した。MamJは、マグネトソーム表層でMamK繊維と相互作用し、 MamK繊維をマグネトソーム表層に濃縮、MamJの働きでマグネトソーム表層に短く動的なMamK繊維を形成する。この短く動的なMamK繊維が、マグネトソームの凝集や分散を防ぎ、直鎖状につなぎ止める。この結果は、細胞骨格による原核細胞オルガネラの配置機構に新しい知見をもたらしており、当該分野の発展や細菌オルガネラを用いた応用研究のための基盤として貢献しうる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] UC Berkeley (Prof. Arash Komeili)(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      UC Berkeley (Prof. Arash Komeili)
  • [Presentation] マグネトソームの細胞内配置の制御に関わるMamY タンパク質の機能解析2022

    • Author(s)
      下茂 梨乃、菊池 洋輔、田岡 東
    • Organizer
      2022年生体運動研究合同班会議
  • [Presentation] マグネトソームタンパク質 MamJ によるMamK細胞骨格の重合制御2022

    • Author(s)
      齋藤拓海,菊池洋輔,江口友佳子,田岡東
    • Organizer
      2022年生体運動研究合同班会議
  • [Presentation] 走査型イオン伝導顕微鏡による生きた細菌表層のナノスケール物性およびその動態の観察2022

    • Author(s)
      渡辺 信嗣,Linhao Sun,菊池 洋輔,田岡 東
    • Organizer
      第95回日本細菌学会総会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] マグネトソーム蛋白質MamJによるMamK細胞骨格の重合制御2022

    • Author(s)
      田岡東, 齋藤拓海, 菊池洋輔
    • Organizer
      第95回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Functional Analyses of Magnetosomal Cytoskeleton Binding Protein MamJ Using High-speed Atomic Force Microscopy2021

    • Author(s)
      Takumi Saito, Yousuke Kikuchi, Azuma Taoka
    • Organizer
      World Microbe Forum (ASM Microbe and FEMS Congress 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-speed AFM phase imaging visualized physical behavior of bacterial membrane vesicles in living bacterial cell surface2021

    • Author(s)
      Yousuke Kikuchi, Masanori Toyofuku, Nozomu Obana, Nobuhiko Nomura, Azuma Taoka
    • Organizer
      EMBO Workshop Bacterial membrane vesicles: Biogenesis, functions and medical applications
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マグネトソームタンパク質MamJによるMamK細胞骨格の重合制御2021

    • Author(s)
      齋藤拓海、菊池洋輔、田岡東
    • Organizer
      日本生化学会北陸支部第39回大会
  • [Presentation] マグネトソーム鎖の細胞内配置の制御に関わるMamYタンパク質の機能解析2021

    • Author(s)
      下茂梨乃, 菊池洋輔, 田岡東
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会年会
  • [Remarks] 金沢大学 生体分子生理学研究室

    • URL

      http://pronet.w3.kanazawa-u.ac.jp/J/index.html

URL: 

Published: 2022-12-28  

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