繊毛波打ち運動を制御するダイニン分子による力伝達機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25650048
• 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: 繊毛打運動 / ダイニン / 基底小体 / テトラヒメナ

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、繊毛打運動に関わる軸糸ダイニン分子が、周期的に切り替わる軸糸の形態変化（屈曲）に応じて活性化される機構、及びダイニン分子の活性化の伝播により、繊毛の波打ち運動が制御される機構を明らかにすることである。本年度は、以下の（１）から（５）に記す内容について実験を行い、それぞれの結果を得ることができた。
（１）平成25年度に確立した単細胞真核生物・繊毛虫テトラヒメナの大核ゲノムへの目的遺伝子の組換え導入法により、平成26年度に引き続き繊毛打運動に影響を与えると推定されたダイニン分子の変異体を、内在性の軸糸ダイン遺伝子と組換えて導入した。（２）加えて、繊毛形成の起点となる基底小体（中心子）の構成分子であるセントリン分子に蛍光タンパク質を融合して内在性のセントリン遺伝子と組換えて導入し、繊毛の基底部位の位置マーカーを確立した。（３）昨年度後半に着手したフィードバック・ステージ機構の最適化を行い、遊泳テトラヒメナの自動追跡システムを構築し、（１）（２）でテトラヒメナに導入した分子が、繊毛打運動で駆動されるテトラヒメナ個体の遊泳パターンに与える影響を定量し、テトラヒメナにおいて特定のダイニン分子が遊泳の運動速度に影響を与えることを見出した。（４）昨年度に引き続き、遊泳しているテトラヒメナの固定及び操作のため、ガラスキャピラリー先端の形状やサイズを検討し、繊毛打運動の定量に適した捕獲方法を確立した。（５）固定したテトラヒメナの繊毛打運動は、昨年度までに開発してきた３次元位置検出系およびマイクロマニュピレーションシステムを備えた光学顕微システムにより計測し、テトラヒメナ個体の活性を保ったままの状態で一本の繊毛の特定の位置の変化を3次元的空間で定量した。
このように、一本の繊毛の運動を３次元的に計測する技術基盤を確立することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Axonemal Dynein Light Chain-1 Locates at the Microtubule Binding Domain of the γ Heavy Chain (2015)
  • Author(s): Muneyoshi 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: Molecular Biology of the Cell Volume: 26 Pages: 4236-4247
  • DOI: 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: 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: 生物物理 Volume: 55 Pages: 127－132
  • DOI: 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): Muneyoshi 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] 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