細胞質ダイニンの運動のメカニカル制御機構

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25291031
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 豊島 陽子 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (40158043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢島 潤一郎 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (00453499)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 細胞質ダイニン / ブラウン運動 / 方向性の運動 / 微小管 / キネシン / ダイナクチン

Outline of Annual Research Achievements

細胞質ダイニンは微小管上で、バイアスのあるブラウン運動、負荷をかけたときのキャッチボンド機構、無負荷時の自己制御的スタック状態、など特徴的な振舞いを示す。また、細胞内で多くの役割を担うダイニンが実質的にただ1つの重鎖遺伝子にコードされているので、結合タンパク質による精巧な制御機構が存在するものと考えられる。これらの制御機構を明らかにするために、以下の研究を行った。
（1）哺乳類の細胞質ダイニン1分子の運動は、無負荷状態では微小管上を大きく揺らぎ、方向性のある運動成分は非常に小さい。このほぼブラウン状態にある1分子ダイニンに負荷をかけるために、ダイニンの尾部側にキネシン変異体（ATP分解活性を失っているが微小管結合能を有する）を融合させた複合体を作製した。このキネシン(inactive)-ダイニン(active)複合体1分子は、微小管上をスムースにマイナス端方向に向かって運動することがわかった。キネシン部分は微小管に対するアンカーとなり、ダイニンの運動に対する負荷となるので、1分子ダイニンは連続的に微小管上を歩くことができる、と結論することができた。
（2）ダイナクチンは主要なダイニン結合タンパク質であり、複雑な構造の複合体である。このうち、p150サブユニットに注目し、そのN末端ドメイン（Cap-Gly）と中ほどのコイルドコイル領域（CC1）がダイニンの微小管結合に与える影響を調べたところ、Cap-Glyは結合を補強し、運動連続性をあげる役割があるが、CC1は結合を阻害して微小管からひきはがす役割があることがわかった。このCC1の効果についてはこれまでの定説を覆す新規のものであり、細胞内でダイニンがカーゴ（積み荷）を背負わずに受動的に微小管のプラス端に配置されるときに、微小管と余計なコンタクトをとって配置の邪魔をすることのないように設計されたシステムであると考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Axonemal Dynein Light Chain-1 Locates at the Microtubule Binding Domain of the γ Heavy Chain (2015)
  • Author(s): Ichikawa M., Saito K., Yanagisawa H., Yagi, T., Kamiya, R., Yamaguchi S., Yajima, J., Kushida Y., Nakano, K., Numata, O. and Toyoshima, Y. Y.
  • Journal Title: Bolecular Biology of the Cell Volume: 26 Pages: 4236-4247
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-05-0289
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] α- and β-tubulin lattice arrangement of the axonemal microtubule doublet and binding proteins revealed by single particle cryo-electron microscopy and tomography. (2015)
  • Author(s): Maheshwari, A., Obbineni, J. M., Bui, K. H., Shibata, K., Toyoshima Y. Y. & Ishikawa, T.
  • Journal Title: Structure Volume: 23 Pages: 1584-1595
  • DOI: 10.1016/j.str.2015.06.017.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 細胞質ダイニンの運動制御機構 (2015)
  • Author(s): 鳥澤嵩征、古田健也、豊島陽子
  • Journal Title: 10.2142/biophys.55.127 Volume: 55 Pages: 127-132
  • DOI: 10.2142/biophys.55.127
  • Open Access
• [Presentation] Axonemal Dynein Light Chain-1 Locates at the Microtubule Binding Domain of the γ Heavy Chain (2015)
  • Author(s): Ichikawa M., Saito K., Yanagisawa H., Yagi, T., Kamiya, R., Yamaguchi S., Yajima, J., Kushida Y., Nakano, K., Numata, O. and Toyoshima, Y. Y.
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] 分裂期kinesin-6の運動特性に関する研究 (2015)
  • Author(s): Yohei Maruyama, Akihiko Sato, Tim Davis, Toshihisa Osaki, Shin Yamaguchi, Shoji Takeuchi, Masanori Mishima, Junichiro Yajima
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] Off-axis motion of yeast cytoplasmic dynein takes a biased random walk (2015)
  • Author(s): Sugawa, M., Yamaguchi, S., Takagi, H., Shibata, K., Toyoshima, Y. Y., Yajima, J
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] Dynactin is a biphasic regulator to promote and inhibit dynein motility (2015)
  • Author(s): Kobayashi, K., Miyashita, K., Kajita, H., Saito, K., Murayama, T., Toyoshima, Y. Y.
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] 如何にしてキネシンは運動方向を逆にするのか (2015)
  • Author(s): 山岸雅彦、矢島潤一郎
  • Organizer: 第5回分子モーター討論会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京・目黒区）
  • Year and Date: 2015-06-13 – 2015-06-13
  • Invited