Conformational plasticity of single molecule regulates actin cytoskeletal rearrangement leading to dynamics in higher structure and function of brain

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26460370
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 坂根 亜由子 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学系), 助教 (60509777)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 脳の高次構造・機能 / 小胞輸送 / アクチン細胞骨格の再編成 / Rab13-JRAB系

Outline of Annual Research Achievements

脳の高次構造の構築および高次機能の獲得におけるシナプス形成・成熟過程では様々な分子群の機能部位への小胞輸送とそれに伴ったアクチン細胞骨格の再編成が非常に重要な役割を担っている。本研究は、脳の高次構造の構築から高次脳機能の獲得に至るまでのダイナミズムをRab13に依存したJRABの構造変化とそれに伴う蛋白質-蛋白質間の相互作用の変化が制御する小胞輸送とアクチン細胞骨格再編成という観点から明らかにすることを目指したものである。
これまでに、バイオインフォマティクスと生化学を組み合わせた手法によってJRABのRab13依存的な構造変化モデルを提示することができた。さらに、神経細胞とのアナロジーを有する上皮細胞を用いてライブイメージング、コンピュータサイエンスやバイオメカニクスを駆使した多角的解析を展開することによってJRABの構造変化が細胞集団局所での方向性や速度、さらには細胞集団の先頭で生み出される牽引力を調節しており、JRABの構造の可塑性が効率の良い集団的細胞運動を可能にすることを証明できた。最終年度となる本年度は、生化学およびバイオインフォマティクスの手法に加えてNMR、X線小角散乱といった構造生物学的手法を駆使し、これまでに研究代表者が見出しているJRABの構造特異的に結合する分子群とJRABの複合体の形成・解離が、JRABが細胞集団の自由縁で示すアクチン線維の束の形成や細胞間接着部位で示すアクチン線維の安定化を制御していることを明らかにした。さらに、脳の高次構造の構築から高次脳機能の獲得過程におけるJRABの構造変化の重要性を証明するためにJRABの構造変異体のノックインマウスを作製し、それらの解析を試みた。本研究期間中に個体レベルの解析を終えることはできなかったが、今後の課題として継続していきたい。

Research Products

• [Journal Article] Conformational plasticity of JRAB/MICAL-L2 provides ‘law and order’ in collective cell migration. (2016)
  • Author(s): Sakane, A., Yoshizawa, S., Nishimura, M., Tsuchiya, Y., Matsushita, N., Miyake, K., Horikawa, K., Imoto, I., Mizuguchi, C., Saito, H., Ueno, T., Matsushita, S., Haga, H., Deguchi, S., Mizuguchi, K., Yokota, H. and *Sasaki, T.
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell Volume: 27(20) Pages: 3095-3108
  • DOI: 10.1091/mbc.E16-05-0332
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant