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2013 Fiscal Year Annual Research Report

キネシンモーター分子群の機能と制御の統合生物学的研究

Research Project

Project/Area Number 23000013
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

廣川 信隆  東京大学, 医学系研究科, 特任教授 (20010085)

Project Period (FY) 2011-05-31 – 2016-03-31
Keywords分子モーター / KIFs / 細胞内輸送 / 微小管 / クライオ電子顕微鏡 / 高脂血症
Research Abstract

1. KIF13Aは多くの神経細胞に発現し、そのFHA領域を介して直接、セロトニン受容体5HT1ARの細胞質側ループに結合し、受容体を含む小胞を細胞中心部から細胞膜へ輸送する。KIF13A遺伝子欠損マウスでは其の輸送が障害され、神経細胞表面の5HT1ARが著名に減少し、KIF13A・KOマウスは、高度の不安症状を呈した。このマウスは、不安神経症や鬱病のモデルとなり、KIF13Aはセロトニン受容体を細胞膜まで輸送し、セロトニン神経系の機能発現にとり基本的な役割を果たす事を解明した。(Zhou et al. Cell Rep, 2013)
2. 微小管は軸索輸送のレールとして働き、それを構成するβtubulinのmutationは中枢神経系で神経変性症を引き起こす。この原因が、これらのmutationがβtubulinのH12 helixにあり、微小管表面のnegative chargeを変化させ、KIFsと微小管の結合を阻害する事による事を解明した。(Niwa et al. EMBO J, 2013)
3. KIF4のAMPPNP状態の構造を1.7 angstromの分解能で解き、すでに解いたKIF1Aの構造と合わせてKIFの共通な作動機構を解明した。(Chang et al. J. Mol Biol. 2013)
4. KIF13Bは肝臓に多く、血管に面した肝細胞膜上に局在し、KIF13B欠損マウスは血中コレステロールが高く、KIF13Bを欠損した細胞ではLDLの取り込みが低下した。KIF13Bは、LRP1-hDLG1-KIF13B-utrophin-caveolae結合を通して、血中コレステロール(LDLやHDL)の膜レセプターであるLRP1をカベオラにリクルートし、血中コレステロール(LDLやHDL)のカベオラを介した細胞内取り込みを促進し其の血中濃度を重要に制御する事を解明した。(Kanai et al. J. Cell Biol, 2014)
5. Cryo-EMで微小管とモーター蛋白複合体の構造解析の新しい方法論を確立し、8.1Åの高分解能で構造解析を可能にし, KIF5がGTP型微小管により強く結合する構造的基盤が、モーター領域のLoop 11にある事を示し、KIF5モーター領域がGTP型微小管の多い軸索方向に走り易い現象の機構を解明した。さらにキネシンが結合する事により微小管自身の構造も変化する事を示し、微小管とモーター分子相互が構造変化しながら、同じレールの上をより走り易くする現象を解明した。(Morikawa et al. Dev Cell, (in press) 2014)

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

25年度の研究実施計画に挙げたすべての項目について予定通りの進展を見ておりさらに加えて、微小管とKIFモーター領域複合体の高分解能クライオ電顕で単粒子法を基とした新しい解析法を開発し、それを用いて、GTP型微小管とGDP型微小管との複合体の差を解明し、なぜKIF5モーター領域が、軸索(GTP型微小管が多い)方向に行きやすいのかの機構を解く事が出来た。KIF13Bについては、KIF13B・KOマウスが、高脂血症となり、それは、KIF13Bが毛細血管に面する肝細胞膜直下でLRP1-hDLG1-KIF13B-ytrophin-caveolaeの複合体を形成し、LRP1とCaveolaeを結合する事により、LDLの取り込みを亢進する重要な役割を持つためである事を解明した。それによりKIF13BがカベオラLDLのendocytosisを介して、血中のコレステロール等の脂質の濃度の制御をしているという予期せぬ重要な発見をした。

Strategy for Future Research Activity

研究は順調に発展しているので予定通り推進する。
構造生物学の方法論として、X-線結晶解析、クライオ電子顕微鏡に加えて、NMRも併用する事とした。

  • Research Products

    (23 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 10 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] KIF13B enhances the endocytosis of LRP1 by recruiting LRP1 to caveolae.2014

    • Author(s)
      Kanai, Y., D. Wang and N. Hirokawa.
    • Journal Title

      Journal of Cell Biology

      Volume: 204 Pages: 395-408

    • DOI

      10.1083/jcb.201309066.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mutual conformational changes of kinesin and GTP-microtubule upon their binding.2014

    • Author(s)
      Morikawa M., H. Yajima, R. Nitta, S. Inoue, T. Ogura, C. Saito and N. Hirokawa
    • Journal Title

      Develomental Cell

      Volume: (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Molecular Motor, KIF13A, Controls Anxiety by Transporting the Serotonin type 1A Receptor.2013

    • Author(s)
      Zhou, R., S. Niwa, L. Guillaud, Y. Tong, and N. Hirokawa
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 3 Pages: 509-519

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2013.01.014.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] beta tubulin mutation that cause severe neuropathies disrupt axonal transport.2013

    • Author(s)
      Niwa, S., H. Takahashi, and N. Hirokawa.
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 32 Pages: 1352-1364

    • DOI

      10.1038/emboj.2013.59.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural basis for the ATP-induced isomerization of kinesin.2013

    • Author(s)
      Chang, Q., R. Nitta, S. Inoue, and N. Hirokawa.
    • Journal Title

      Journal of Molecular Biology

      Volume: 425 Pages: 1869-1880

    • DOI

      10.1016/j.jmb.2013.03.004.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 微小管関連蛋白MAP1AによるNMDA受容体輸送制御メカニズム2014

    • Author(s)
      武井 陽介、吉川 弥生、Nafiseh Atapour、Takao Hensch、廣川 信隆
    • Organizer
      第119回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • Place of Presentation
      自治医科大学キャンパス(栃木県下野市)
    • Year and Date
      2014-03-27
  • [Presentation] KIF13BはLRP1のカベオリン依存性エンドサイトーシスを促進する2014

    • Author(s)
      金井克光
    • Organizer
      第119回日本解剖学会総会・全国学術集会
    • Place of Presentation
      自治医科大学キャンパス(栃木県下野市)
    • Year and Date
      2014-03-27
  • [Presentation] 生命を司る分子モーター : 記憶・学習と脳神経系の発生の制御から疾患まで2014

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      日本学士院第1077回総会提出紹介論文報告
    • Place of Presentation
      東京大学医学部本館大講堂(東京)
    • Year and Date
      2014-03-12
  • [Presentation] 分子モーター研究の新たな展開 : 記憶・学習の制御から神経・精神疾患の病態まで。2014

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      シンポジウム"生命機能制御の最前線"
    • Place of Presentation
      山房月之瀬(福島市穴原温泉)
    • Year and Date
      2014-03-02
    • Invited
  • [Presentation] "生命の要"分子モーターが拓く新たな世界 : 記憶・学習から多様な疾患の制御まで2014

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      廣川信隆先生文化功労者顕彰記念講演会
    • Place of Presentation
      東京大学医学部本館大講堂(東京)
    • Year and Date
      2014-02-17
    • Invited
  • [Presentation] MAP1A supports NMDA-receptor transport for synaptic plasticity.2013

    • Author(s)
      Takei Y, Kikkawa Y, Atapour N, Hensch T, and Hirokawa N.
    • Organizer
      第53回米国細胞生物学会年次大会
    • Place of Presentation
      米国ニューオーリンズ
    • Year and Date
      2013-12-15
  • [Presentation] A molecular motor, KIF13A, controls anxiety by transporting the serotonin type la receptor.2013

    • Author(s)
      Ruyun Zhou, Shinsuke Niwa, Laurent Guillaud, Ying Tong, Nobutaka Hirokawa.
    • Organizer
      ASCB Annual Meeting, 2014
    • Place of Presentation
      New Orleans(米国)
    • Year and Date
      2013-12-15
  • [Presentation] Kinesin superfamily molecular motors, KIFs and intracellular transport from regulation of learning/memory and developmentto diseases.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      16th Asia-Pacific International Molecular Biology Network (A-IMBN)
    • Place of Presentation
      Matrix, Biopolis(シンガポール)
    • Year and Date
      2013-12-04
    • Invited
  • [Presentation] Intracellular transport and molecular motors, KIFs.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      2nd International Genomic Medicine Conference
    • Place of Presentation
      King Abdulaziz University, (サウジアラビア・ジェダ)
    • Year and Date
      2013-11-25
    • Invited
  • [Presentation] Kinesin superfamily molecular motors, KIFs and intracellular transport : from regulation of learning/memory and development to diseases.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      International Conference of the Korean Society for Molecula and Cellular Biology (Special Lecture)
    • Place of Presentation
      COEX, Seoul(韓国)
    • Year and Date
      2013-10-09
  • [Presentation] Intracellular transport and molecular motors, KIFs -from regulation of learning/memory, brain development and wiring to related diseases.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      KBRI (Korean Brain Research Institute) 1st anniversary International Symposium
    • Place of Presentation
      EXCO, Daegu(韓国)
    • Year and Date
      2013-09-24
    • Invited
  • [Presentation] Intracellular transport and kinesin superfamily proteins KIFs : from control of brain development, wiring and learning/memory to related diseases.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      5th Physiology Symposium 2013, "Models of Physiology and Disease. " (Keynote speaker)
    • Place of Presentation
      National University of Singapore(シンガポール)
    • Year and Date
      2013-09-18
    • Invited
  • [Presentation] 記憶・学習機能と分子モーターの重要な役割。2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      第13回抗加齢医学の実際2013-エイジング臨床の最前線を学ぶ2日間-
    • Place of Presentation
      品川グランドセントラルタワー(東京)
    • Year and Date
      2013-09-16
    • Invited
  • [Presentation] 生命の要、モーター分子群、KIFsと細胞内輸送 : 記憶・学習及び発生の制御から疾患まで。2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      日本レチノイド研究会第24回学術講演会
    • Place of Presentation
      星薬科大学百年記念館(東京都品川区)
    • Year and Date
      2013-08-31
    • Invited
  • [Presentation] A molecular motor, KIF13A, controls anxiety by transporting the serotonin type la receptor.2013

    • Author(s)
      Ruyun Zhou, Shinsuke Niwa, Laurent Guillaud, Ying Tong, Nobutaka Hirokawa
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都市)
    • Year and Date
      2013-06-20
  • [Presentation] 生命の要、分子モーター : 分子細胞生物学、分子遺伝学、構造生物学を駆使して生命の謎を解く2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      第1回AAA (Academy of Aging and Cardiovascular-Diabetes Reserach)
    • Place of Presentation
      ロイヤルパークホテル東京(東京都)
    • Year and Date
      2013-06-08
    • Invited
  • [Presentation] Kinesin superfamily molecular motors, KIFs and intracellular transport in neurons : From control of memory, learning and development to diseases.2013

    • Author(s)
      廣川信隆
    • Organizer
      Annual World Congress of Neuro Talk-2013. " (Keynote Forum)
    • Place of Presentation
      Hilton Xi' an(中国西安市)
    • Year and Date
      2013-05-22
    • Invited
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/mechanism-of-caveolae-mediated-endocytosis-of-lrpl/

URL: 

Published: 2015-07-15  

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