Comprehensive research of signal transduction of cell
| Project Area | Information physics of living matters |
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| Project/Area Number |
19H05797
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
石島 秋彦 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (80301216)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蔡 栄淑 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (40378716)
福岡 創 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (50447190)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥108,810,000 (Direct Cost: ¥83,700,000、Indirect Cost: ¥25,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥19,890,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥4,590,000)
Fiscal Year 2021: ¥21,060,000 (Direct Cost: ¥16,200,000、Indirect Cost: ¥4,860,000)
Fiscal Year 2020: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥25,740,000 (Direct Cost: ¥19,800,000、Indirect Cost: ¥5,940,000)
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| Keywords | 走化性 |
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| Outline of Research at the Start |
大腸菌走化性システムは、外界の誘因・忌避物質が細胞極に存在する受容体に結合し、その情報は細胞内を通して各モーターに伝わり、モーターの回転方向が転換される。申請者は、走化性刺激受容において、協同性、適応性、自発性の3つの特徴が、受容体のメチル化レベルの変動という共通の分子機構で実現されている、という従来説とは全く異なる新しいモデルを提唱している。そこで、１細胞レベルでの走化性動態を、活性を保ったまま明らかにする。分子レベルの反応ネットワークと細胞レベルの応答をつなぐ格好のモデル系であり、領域内の理論グループとの共同研究体制を構築することにより実験と理論との有機的な融合を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究は，バクテリア走化性に関わるすべてのタンパク質の挙動を1 細胞レベルでイメージングすることにある．さらに、本来の機能を有した状態での蛍光タンパク質との融合タンパク質の作成のため、可能性のある結合部位、リンカーの種類・長さ、蛍光タンパク質を網羅的に調べ上げる．
特に， CheYとCheZという走化性に関わるタンパク質双方に蛍光色素を導入しFRET計測を行った．特に，低濃度セリンにおいて，反応が速く，急峻な挙動とそうでない二相性を示すことがわかった．そこで，低濃度セリンについて重点的に調べた．その結果，0.1，0.2，0.5マイクロモルセリン添加時には二相性を示し，1マイクロモル以上では示さないことがわかった．
二相性を示す原因を探るため，菌体の長さ，角度，初期局在蛍光強度などとの関連を探ってみたが，今までに関連がありそうなパラメータは見つかっていない．
また，今までは不完全ガンマ関数を用いたモデル構築を行ってきたが，Yuhai Tuらが提唱しているモデルをもとに再現を行った．彼らのモデルは誘引物質を指数関数，三角関数に従って投与した際のレスポンスを見ていており，我々のような急激な刺激の定量的な評価は行ってきていない．我々の結果を当モデルで再現してみたところ，協同性の指標，N，が大きめに出ることがわかった．
また，忌避応答に対するCheBの局在についてもTuらのモデルでの再現を試みた．しかし，彼らのモデルは刺激時の反応は定常状態での計算であり，過渡現象を再現できない．忌避応答の場合のCheBの局在は，緩やかに上昇することから新しいモデルを考える必要がある．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的である，低濃度セリン時の適応現象の二相性についてはだいぶデータがそろってきており，ほぼ二相性であることの確証が得られた．現在，この二相性の特徴を明らかにするために，低濃度セリンの濃度依存性に取り組んでいる．
忌避応答におけるCheBの局在については，リン酸化，CheAとの結合か，脱メチル化，受容体との結合かの区別がついていない．現在，受容体の結合部位を削除した変異体での計測を行っている．
また，細胞集団としての振る舞いと情報伝達関連タンパク質との関係を調べるため，電気イオン浸透システムを用いて集団の振る舞いを調べた．単純な振る舞いだけでなく，個々の細胞の追従も可能な系であるため，個々の大腸菌の，遊泳速度，直進時間，タンブリング時の角度変化などを解析するシステムの構築を行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
B02-1：忌避応答における細胞内関連タンパク質の挙動を明らかにするため，現在計測しているCheBだけでなく，CheY，CheZなどの局在変化を計測する．さらに，デコンボリューション顕微鏡により，極付近にリング状の受容体の構造の存在を明らかにしている．そこで，CheY,CheZなどのタンパク質の局在の様子を明らかにする．
B02-2：固定子に蛍光標識を行うと回転方向により回転速度が異なる現象を見出している（CCW＞CW)．そこで固定子に付加するタンパク質の大きさ，電荷，疎水性，などをさまざまな状態のものを付加し，回転速度の変化を追う．
B02-3：4状態イジングモデルを用いて受容体におけるメチル化の動態を明らかにする．受容体の活性化は下流への情報伝達以外にも適応に関わるリン酸化も促進する。そこで、メチル化・脱メチルを考慮した4状態イジングモデルを構築し自発的な活性・不活性化を再現する．さらに，従来のモデルでは刺激時の反応を定常状態で扱っていたが，時系列の変化を終えるようモデルの再構築を行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
