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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Visualizing the activation of flagellar beating at high-pressure.

Research Project

Project/Area Number 22H01922
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKindai University

Principal Investigator

西山 雅祥  近畿大学, 理工学部, 准教授 (10346075)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 八木 俊樹  県立広島大学, 生物資源科学部, 教授 (40292833)
佐藤 裕公  群馬大学, 生体調節研究所, 准教授 (40545571)
今井 洋  大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (60391869)
松浦 宏治  岡山理科大学, 工学部, 准教授 (70443223)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords鞭毛 / 高圧力顕微鏡 / 運動マシナリ / 分子操作 / ナノバイオ
Outline of Annual Research Achievements

真核生物は鞭毛と呼ばれる長い繊維状の運動器官をもち、波打ち運動を発生させることで遊泳運動を行う。本研究課題では、高圧力下で鞭毛運動がどのように活性化されるのかその作用機序を明らかにする研究に取り組む。令和5年度は、1) 高圧力下にある精子鞭毛の構造と振動運動を可視化する装置開発、2) 鞭毛運動の解析を行った。1)では、画素数の多いCMOSカメラを選定し(設備備品)、精子の鞭毛運動を長時間追跡可能にした。高圧力観測装置と組み合わせることで、活性化された鞭毛運動を長時間にわたり観測し解析できる実験系として活用できる。また、高圧力下で心筋細胞を観察し、細胞内のCa2+濃度が上昇することなく収縮することを確認した。2) 高圧力下でヒト精子の鞭毛運動を活性させる技術を開発した。真核生物鞭毛は細胞内Ca2+濃度に依存しての波打ち運動を変化させる。Ca2+をキレートした水溶液でヒト精子を希釈した後、高圧力をかけた。常圧力に戻した後、精子の遊泳運動を確認したところ、遊泳速度は加圧前よりも上昇することが判明した(国内特許出願)。高圧力を負荷したことで細胞内Ca2+濃度が変化したと推察される。この知見は過去の結果(単細胞緑藻クラミドモナス, マウスの心筋細胞)とは異なり、生物種による応答の違いが明らかになった。本研究で開発した手法は、誰でも扱える簡便な装置で実施可能であり、特殊な化学物質や遺伝子組換え体を必要としない。そのため、精液採取所や生殖補助クリニックの臨地にて使用できるため臨床応用できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

これまで開発してきた高圧力技術を活用し、ヒト精子の鞭毛運動を活性化できた(国内特許出願)。

Strategy for Future Research Activity

ヒト精子の活性化を生みだした作用機序を明らかにする研究を通じて、臨床応用に適した条件を探索する。

  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 高圧力顕微鏡による心筋細胞の収縮イメージング2023

    • Author(s)
      西山雅祥, 山口陽平, 金子智之, 森松賢順
    • Journal Title

      細胞

      Volume: 55 Pages: 36-38

  • [Journal Article] Compounding deep sea physical impacts on marine microbial motility2023

    • Author(s)
      Mullane KK., Nishiyama M., Kurihara T., Bartlett DH.
    • Journal Title

      Frontiers in Marine Science

      Volume: 10 Pages: 1-15

    • DOI

      10.3389/fmars.2023.1181062

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reorganization, specialization, and degradation of oocyte maternal components for early development2023

    • Author(s)
      Satouh Y., Sato K.
    • Journal Title

      Reproductive Medicine and Biology

      Volume: 22 Pages: 1 - 16

    • DOI

      10.1002/rmb2.12505

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Regulation of motor activity of ciliary outer-arm dynein by the light chain 1; Implications from the structure of the light chain bound to the microtubule-binding domain of the heavy chain2023

    • Author(s)
      Yagi T., Toda A., Ichikawa M., Kurisu G.
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: 1 - 8

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.0008

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High hydrostatic pressure induces slow contraction in mouse cardiomyocytes2022

    • Author(s)
      Yamaguchi Y., Nishiyama M., Kai H., Kaneko T., Kaihara K., Iribe G., Takai A., Naruse K., Morimatsu M.
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 121 Pages: 3286~3294

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2022.07.016

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Significance of the association between early embryonic development and endocytosis2022

    • Author(s)
      Morita A. ,Satouh Y., Sato K., Iwase A.
    • Journal Title

      Medical Molecular Morphology

      Volume: 55 Pages: 167 - 173

    • DOI

      10.1007/s00795-022-00331-y

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Viewing the swimming motion of a unicellular organism in extreme conditions.2024

    • Author(s)
      Nishiyama M.
    • Organizer
      Exploration and Application of Extracellular Membrane Vesicle-Producing Bacteria as a Basic Technology for Aquaculture Augmentation.
    • Invited
  • [Presentation] Effects of high hydrostatic pressure to swimming sea urchin sperm flagella2023

    • Author(s)
      Imai H., Nishiyama M., Kaminoe Y., Harada Y., Kon T., Kamimura S.
    • Organizer
      2023 ASCB Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Depressurization microscopy2023

    • Author(s)
      Nishiyama M.
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] Compounding deep sea physical impacts on marine microbial motility2023

    • Author(s)
      Mullane KK, Nishiyama M, Kurihara T, Bartlett DH.
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] 繊毛運動における内腕及び外腕ダイニンの機能的相互作用の解析2023

    • Author(s)
      佐藤綾花, 八木俊樹
    • Organizer
      第93回日本動物学会
  • [Presentation] クラミドモナス後退遊泳固定株に前進遊泳を復帰させる変異2023

    • Author(s)
      住吉 愛, 澤田翔吾, 八木俊樹
    • Organizer
      第93回日本動物学会
  • [Presentation] Chlamydomonas Move-Backwards-Only mutants restored forward swimming by a point mutation in the outer-arm dynein γ heavy chain2023

    • Author(s)
      Sumiyoshi A., Sawada S., Yagi T.
    • Organizer
      第61回生物物理学会年会
  • [Presentation] 静水圧で躍動する分子マシナリ2022

    • Author(s)
      西山雅祥
    • Organizer
      第63回高圧討論会
    • Invited
  • [Book] 1-5-5: 極限環境で復活する鞭毛運動(書名:極限環境微生物の先端科学と社会実装最前線, 504頁)2023

    • Author(s)
      西山雅祥, 八木俊樹 分担執筆(編者:伊藤政博 他)
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-848-7
  • [Book] Axonemal dyneins: genetics, structure, and motor activity. “Chlamydomonas Sourcebook (3rd Edition) Vol. 3 (Cell motility and behavior)”2023

    • Author(s)
      King SM., Yagi T., Kaimiya R.
    • Total Pages
      53
    • Publisher
      Academic Press
    • ISBN
      978-0128225080
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 精子運動を回復させるための装置および方法2023

    • Inventor(s)
      松浦宏治, 西山雅祥
    • Industrial Property Rights Holder
      松浦宏治, 西山雅祥
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-200533

URL: 

Published: 2024-12-25  

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