再構成アプローチで解明するダイナミンの膜切断機構とその破綻に起因する疾患発症機序
| Project/Area Number |
19KK0180
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
竹田 哲也 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (30302368)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
竹居 孝二 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40322226)
西上 幸範 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (80639021)
谷 知己 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80332378)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | ダイナミン / BARドメイン蛋白質 / 再構成系 / 膜リモデリング / 難治性疾患 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、日本国内5名（代表者：竹田、分担者：内橋、谷、竹居、西上）と、海外共同研究者（Harvey McMahon、MRC分子生物学研究所）で構成する学際的かつ国際的な共同研究チームを組織し、ダイナミンによる膜切断機構の作動原理とBARドメイン蛋白質による制御機構、さらにダイナミンの機能破綻によって起こる難治性疾患の発症機序を、in vitro再構成系を用いた「ボトムアップ型」の構成生物学的なアプローチで解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ダイナミンによる膜切断機構およびBARドメイン蛋白質による制御機構、さらにダイナミンの異常に起因する難治性疾患の発症機序を明らかにすることである。この目的の達成に向け、代表者（竹田）が細胞生物学的に解析を進めている、ダイナミンやBARドメイン蛋白質による「複雑な」細胞内膜リモデリング機能を、海外共同研究者（McMahon）や分担者（竹居）が開発したin vitro再構成系を用いて「単純化」して再現し、電子顕微鏡による構造解析（竹居）、高速AFM（内橋）や蛍光偏光顕微鏡（谷）を用いた分子動態イメージング解析を行う。さらに、得られたデータの定量的解析をもとに、ダイナミンによる膜切断機構の数理モデルを使った検証を試み（西上）、ダイナミンによる膜切断機構の作動原理とその破綻による疾患発症機序の解明を目指す。
初年度はキックオフミーティングを開催し、チームメンバーによる議論を通じて、プロジェクトの進捗状況および今後の研究の方向性について確認した。また海外共同研究者であるHarvey McMahon博士を、第58回日本生物物理学会年会に招聘し、その際に日英全てのメンバーによるミーティングを行うことを決定した。代表者（竹田）は、初年度に計3ヶ月間McMahon研究室に滞在し、研究を行う予定であったが、新型コロナ感染拡大の影響により、渡英は次年度以降に行うこととした。その間、代表者（竹田）はダイナミンファミリーやBARドメイン蛋白質の精製蛋白質の調製を行い、分担者（竹居、内橋）と共同で、電子顕微鏡および高速AFMを用いて膜リモデリング分子のin vitro解析の準備を進めている。また分担者（谷、西上）は、分子動態イメージングとそのデータに基づいた数理モデリングの準備を進めている。
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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
初年度はキックオフミーティングを開催し、チームメンバーによる議論を通じて、プロジェクトの進捗状況と今後の方向性に関して確認した。また海外共同研究者であるHarvey McMahon博士（MRC-LMB）を、第58回日本生物物理学会年会に招聘し、その際に日英の全てのメンバーによるミーティングを行うことを決定した。代表者（竹田）は、初年度に計3ヶ月間McMahon研究室に滞在し、疾患型ダイナミンのin vitro膜リモデリング解析を行う予定であったが、新型コロナ感染拡大の影響のため、渡英は次年度以降に行うこととした。その間、代表者（竹田）は、ダイナミンファミリーやBARドメイン蛋白質の精製蛋白質の調製を進めており、分担者（竹居、内橋）と共同で、膜リモデリングのin vitro再構成系の電子顕微鏡および高速AFMによる解析を進めている。また分担者（谷、西上）は、分子動態イメージングとそのデータに基づいた数理モデリングの準備を進めている。以上のように本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
代表者（竹田）は引き続き研究の統括およびダイナミンファミリーやBARドメイン蛋白質の精製蛋白質の調製や細胞生物学的解析を行う。また分担者は、海外共同研究者（McMahon）や分担者（竹居）が開発した膜リモデリングのin vitro再構成系を用い、電子顕微鏡による構造解析（竹居）、高速AFMによる分子動態解析（内橋）、蛍光偏光顕微鏡解析（谷）と数理モデリング（西上）を行う。代表者（竹田）は計3ヶ月間McMahon研究室に滞在し、疾患型ダイナミンのin vitro膜リモデリング解析を行うと共に、MRC分子生物学研究所の研究者とのネットワーキングを積極的に行い、今後の研究発展に不可欠な、学術的・人的な基盤づくりに努める。今後の具体的な実験として、1．ダイナミンによる膜切断機構の解明：（1）電子顕微鏡および高速AFMによる分子構造・動態解析；（2）蛍光偏光顕微鏡による膜切断過程におけるダイナミンの分子配向解析、2．BARドメイン蛋白質による膜切断制御機構の解明：（1）BARドメイン蛋白質によるダイナミンの膜切断制御機構の解析；（2）BARドメイン蛋白質による新規膜切断機構の解析、3．ダイナミン異常疾患の発症機序の解明を計画している。
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Report
(1 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Phosphorylation of cortactin by cyclin-dependent kinase-5 modulates actin bundling by the dynamin 1-cortactin ring-like complex and formation of filopodia and lamellipodia in NG108-15 glioma-derived cells2019
Author(s)
Abe, T., La, T.M., Miyagaki, Y., Oya, E., Wei, F.Y., Sumida, K., Fujise, K., Takeda, T., Tomizawa, K., Takei, K., Yamada, H.
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Journal Title
Int J Oncol.
Volume: 54(2)
Pages: 550-558
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Dysregulated membrane remodeling in pathogenesis of congenital diseases2020
Author(s)
Fujise, K., Okubo, M., Abe, T., Yamada, H., Nishino, I., Takei, K., Noguchi, S. and Takeda, T.
Organizer
第58回日本生物物理学会年会
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Invited
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