2013 Fiscal Year Research-status Report
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25840070
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
上原 亮太 北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (20580020)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 細胞質分裂 / 微小管 / 中央紡錘体 |
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| Research Abstract |
細胞質分裂は生命の継承に必須の細胞現象であり、その異常は癌をはじめとする種々の重篤な疾病の原因になると考えられている。細胞質分裂の空間制御は中央紡錘体および星状体とよばれる微小管構造によって制御されるが、どのように機能的な中央紡錘体が形成されるか、またそれぞれの微小管構造がどのように細胞質分裂制御に関わるかは明らかでない。本研究では正しいサイズの中央紡錘体が形成される分子メカニズムおよび細胞質分裂において中央紡錘体が果たす役割を明らかにすることを目標としている。本研究の解析により、中央紡錘体微小管の長さ制御に関わる因子として微小管脱重合キネシンKif2AおよびAuroraBを同定した。AuroraBが形成するリン酸化活性シグナル勾配がKif2Aの微小管脱重合機能の細胞内分布を規定することにより、中央紡錘体の正しいサイズ制御が行われることが明らかになった。さらに、中央紡錘体の形成に特異的に必要とされるAugminの機能阻害により、中央紡錘体を特異的に消失した細胞を創り出すことにより、中央紡錘体の細胞質分裂への関与を詳細に調べた。その結果、中央紡錘体は、微小管の配向制御を通して、効率的な細胞のくびれ運動と細胞質分裂の完了に必須の役割を果たすことが明らかになった。以上の研究結果により、中央紡錘体の形成制御を通した正確な細胞質分裂制御の分子機構に関する重要な知見を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題においては、細胞質分裂の空間制御を担う微小管構造、中央紡錘体の形成機構およびその機能メカニズムを明らかにすることを目的としている。25年度には分子細胞生物学的解析により、微小管の動態制御を通して中央紡錘体の形成、分裂位置決定に関わる制御因子の同定、およびその機能制御を担う調節因子を探索することを目標としている。実際の25年度の研究進捗として、中央紡錘体形成に関わる微小管動態制御因子としてKif2Aを同定し、その機能制御因子としてAuroraBを同定し、その活性制御機構を実験および数理モデルによって明らかにすることができた。上記の成果はUehara et al. (2013) Journal of Cell Biologyとして報告済である。以上の結果により当初の計画はおおむね達成できたと考えられる。さらに、当初の研究計画から一歩すすんで、中央紡錘体の特異的欠損実験によって細胞質分裂にどのような異常がもたらされるか調べる実験に着手した。この解析の結果、中央紡錘体は細胞のくびれ運動と架橋切断という二つの分裂プロセスにおいて必須の役割を果たすことが明らかになった。現在、この研究成果を学術論文にまとめて、Journal of Cell Scienceに投稿・審査中である（申請者が筆頭および責任著者）。これらの進捗状況から、本研究課題は当初の計画以上の進展を見せていると判断された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題のここまでの進捗を元に、今後は中央紡錘体の除膜モデルを用いた以下の生物物理学的解析を開始し、正しい形態の中央紡錘体が形成維持される物理的過程を明らかにすることを目指す。
1) 中央紡錘体の膜除去実験モデルの確立
中央紡錘体における微小管の重合脱重合や滑り運動の直接的計測を可能にするために、長時間安定に維持可能な中央紡錘体の膜除去実験モデルの構築を試みる。実験材料としてGFP-チューブリンを発現するHeLa細胞を分裂期後期に同調培養したものを用いる。モデルを使って、蛍光標識チューブリンをマーカーにした全反射顕微鏡による微小管動態の一分子測定を行い、中央紡錘体における微小管の重合脱重合反応や滑り運動を直接的に定量解析する。さらに分裂位置制御因子の活性状態などのパラメータを変異体の導入により人為的に変更し、それを反映した中央紡錘体微小管の挙動変化を、下記の数理的解析と並行しながら、実験的に検証する。
2)中央紡錘体の数理モデル解析
上記の研究結果を統合して中央紡錘体による分裂位置の決定機構を理解するために、中央紡錘体の動態制御の数理的解析を行う。モデリングには数値計算ソフトのMATLABを使用する。モデリングの概要としては、コンピューター上で中央紡錘体を模した逆平行微小管束モデルを構築し、三次元仮想空間に円筒状に配置した微小管束について、各微小管の伸長、短縮や微小管間の滑り運動などの相互作用の経時変化に関する関係式をたて、全体の構造の経時的な挙動をルンゲ=クッタ法を用いてシミュレートする。25年度までに構築した数理モデルを土台として、上記の除膜モデル実験の結果を数理モデルに反映して、より厳密なシミュレーションの実施を試みる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
前年度に納品された実験用使い捨て手袋を翌年度4月の支払いに充てるため。
未使用額は前年度に納品された実験用使い捨て手袋の4月支払いに充てる。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Aurora B and Kif2A control microtubule length for assembly of a functional central spindle during anaphase.2013
Author(s)
Uehara, R., Tsukada, Y., Kamasaki, T., Poser, I., Yoda, K., Gerlich, D.W., and Goshima, G.
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Journal Title
Journal of Cell Biology
Volume: 202
Pages: 623-636
DOI
Peer Reviewed
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