Elucidation of the behavioral mechanism of ciliates organized by ciliary beating

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19252
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Toyoshima Yoko 東京大学, 大学院総合文化研究科, 名誉教授 (40158043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢島 潤一郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (00453499)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 繊毛虫 / テトラヒメナ / 繊毛運動 / 外腕ダイニン / 3次元位置検出光学顕微システム

Outline of Final Research Achievements

We quantified the swimming of ciliate Tetrahymena cell in three-dimensional space and were able to clarify the process of their helical swimming behavior, and found that they performed right-handed helical swimming while rotating right around the longitudinal axis of the cell. The influx of calcium ions into the cilia changed the direction of swimming and helical motion. In addition, we newly found that an axonemal motor protein, outer-arm dynein, isolated from Tetrahymena, had the property of turning microtubules to the left in the direction of movement when the microtubules moved in an in vitro reconstituted system.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

繊毛虫であるテトラヒメナの遊泳は、ダイニン分子によって駆動される繊毛の屈曲波運動によって実現されるが、詳細な分子機構は明らかではなかった。特に個体の螺旋遊泳に関しては、長年の間、錯視により螺旋方向を特定できていなかった。本研究により、3次元空間での個体の遊泳が直接定量できたこと、カルシウムイオンの個体内への流入によって螺旋方向が制御されうること、さらに軸糸構成タンパク質外腕ダイニンの新たな運動特性を見出したことは学術的な意義がある。