2022 Fiscal Year Research-status Report
クシクラゲ櫛板の分子構造の解明と運動性フォトニック結晶開発に向けた基盤研究
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20K20583
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
稲葉 一男 筑波大学, 生命環境系, 教授 (80221779)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大岩 和弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (10211096)
岩本 裕之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 客員研究員 (60176568)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 繊毛 / クシクラゲ / 櫛板 / X線繊維回折 / 軸糸 / ダイニン / フォトニック結晶 / 分子モーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繊毛は真核生物に広く存在し、高速の波打ち運動を司る細胞小器官である。本研究では繊毛の構築と機能を理解するために、数万本の繊毛が束化したクシクラゲの櫛板を用いた一連の解析を進める。具体的には、X線繊維回折を用いて櫛板の分子構築と結晶構造を明らかにし、その応用として試験管内で巨大な繊毛を作り上げ、運動するフォトニック結晶作製の可能性も探る。本研究では、櫛板の分子構築と結晶構造を明らかにするために、クシクラゲの１種カブトクラゲ を用いて、櫛板内で繊毛をつなげる構造である隔小板（compartmenting lamella, CL）の成分の同定と分子構築の解明、櫛板の結晶構造の解読、CL成分の添加による軸糸の試験管内束化と巨大結晶化と構造解析ならびに光学的特性の解析を行う。本年度は、CTENO189がカブトクラゲの幼生における櫛板形成において、CTENO64と二段構造を取りつつ形成される機構を解明した。また、CTENO189が繊毛型非対称波の形成、メタクローナル波の形成に必須であるという新たな知見を明らかにした。これらの研究成果を国際科学誌に発表した。構造解析に関しては、SPring8のビームライン（BU40XU）を用いて、単離櫛板のX線繊維回折を行った。カブトクラゲ櫛板から40次という結晶性の反射が得られることをまとめ、論文として発表すべく準備を行った。さらに、研究過程で生の櫛板に一定時間X線を照射しても運動を継続することを発見した。この発見は、繊毛の構築と機能を解明する上で、「CL成分の添加による軸糸の試験管内束化と巨大結晶化」を行うテーマよりもよりより重要と考え、繊毛運動中の構造変化をX線繊維回折を進めた。その結果、繊毛打１周期以上の回折パターンの変化を記録することに成功した。
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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
今年度は櫛板内の隔小板二段構造が明らかになり論文として公表することができた。二段構造に関しては、CTENO64とCTENO189の主要成分に加え、CTENO78とBTBD19の局在関係についても、昨年度に引き続きさらに詳細に明らかにすることができた。また、櫛板を回転させた時の各々の角度で回折像が得られたことは、今後、高い解像度で生の櫛板の構造を明らかにする上で極めて有用な情報となりうる。さらに、試験管再構成の実験を今後の検討課題として残しつつも、繊毛打１周期以上の回折パターンの変化を記録することができた。生の櫛板から運動中の回折像の取得に成功したことは、繊毛の構造と運動の相関を解析する上で大きな進歩である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度、生の櫛板が運動する際の回折像の取得に成功した。次年度はこの研究を継続するとともに、解析を集中して行う計画である。クライオ電子線トモグラフィーによる軸糸構造の解析が大きく先行しているが、凍結なしのインタクトな軸糸の動態についてはこれまで全く解析されていない。本研究はその突破口を開くものである。従前に計画されていた試験管内再構成については、主要成分であるCTENO64とCTENO189にCTENO78とBTBD19を加えるとともに、化学架橋MSを駆使した新規隔小板成分の同定を進めた上で、同定されたタンパク質を発現させて再構成を試みる予定である。
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| Causes of Carryover |
研究中に新たな発見があり、研究計画の軽微な変更を行った。このため、当初計画していた項目を次年度に遂行するとともに、差額として請求した助成金を本項目に当てる。
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