細胞内シグナル伝達に働く膜電位制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15H05593
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 九州工業大学 (2017); 国立研究開発法人理化学研究所 (2015-2016)
• 研究代表者: 森本 雄祐 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 助教 (50631777)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2015年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
• キーワード: シグナル伝達 / 膜電位 / 走化性 / 蛍光イメージング / 光操作 / 生物物理 / 細胞運動

研究成果の概要

本研究課題では、細胞性粘菌のcAMPに対する走化性シグナル伝達機構をモデルとして、分子生物学的手法とオプトジェネティクスを用いた生物物理学的手法により、真核生物のシグナル伝達における膜電位の重要性を明らかにすることを目的とした。研究結果から、細胞性粘菌の集合期における周期的なcAMPシグナル伝達に追従したリズミックな膜電位変化が自発的に発生していることを、本研究で確立した高感度な蛍光イメージング手法によって明らかにした。また、膜電位の光操作により、複合的なイオンの流れによって引き起こされる膜電位変化が、cAMPシグナルリレーを直接的に調節していることが強く示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Novel insights into the mechanism of well-ordered assembly of bacterial flagellar proteins in Salmonella (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue Yumi、Morimoto Yusuke V.、Namba Keiichi、Minamino Tohru
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1787-1787
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20209-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Insight into structural remodeling of the FlhA ring responsible for bacterial flagellar type III protein export (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Terahara, Y. Inoue, N. Kodera, Y. V. Morimoto, T. Uchihashi, K. Imada, T. Ando, K. Namba, and T. Minamino
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 4 号: 4
  • DOI: 10.1126/sciadv.aao7054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Determination of local pH differences within living Salmonella cells by high-resolution pH imaging based on pH-sensitive GFP derivative, pHluorin(M153R) (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2529
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バクテリア1細胞内における局所pH計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本 雄祐、上池 伸徳、難波 啓一、南野 徹
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 57 号: 6 ページ: 296-298
  • DOI: 10.2142/biophys.57.296
  • NAID: 130006230285
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural differences in the bacterial flagellar motor among bacterial species (2017)
  • 著者名/発表者名: Terashima Hiroyuki、Kawamoto Akihiro、Morimoto Yusuke V.、Imada Katsumi、Minamino Tohru
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 14 号: 0 ページ: 191-198
  • DOI: 10.2142/biophysico.14.0_191
  • NAID: 130006252950
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurements of free-swimming speed of motile Salmonella cells in liquid media (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2093
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bacterial intracellular sodium ion measurement using CoroNa Green (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2092
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stoichiometry and turnover of the stator and rotor (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1593 ページ: 203-213
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6927-2_16
  • ISBN: 9781493969265, 9781493969272
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Straight and rigid flagellar hook made by insertion of the FlgG specific sequence into FlgE (2017)
  • 著者名/発表者名: Koichi D. Hiraoka, Yusuke V. Morimoto, Yumi Inoue, Takashi Fujii, Tomoko Miyata, Fumiaki Makino, Tohru Minamino, Keiichi Namba
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 7 号: 1 ページ: 46723-46723
  • DOI: 10.1038/srep46723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tunnel Formation Inferred from the I-Form Structures of the Proton-Driven Protein Secretion Motor SecDF (2017)
  • 著者名/発表者名: Arata Furukawa, Kunihito Yoshikaie, Takaharu Mori, Hiroyuki Mori, Yusuke V. Morimoto, Yasunori Sugano, Shigehiro Iwaki, Tohru Minamino, Yuji Sugita, Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 19 号: 5 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.04.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution pH imaging of living bacterial cell to detect local pH differences (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: mBio 巻: 7 号: 6
  • DOI: 10.1128/mbio.01911-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Domain-swap polymerization drives the self-assembly of the bacterial flagellar motor (2016)
  • 著者名/発表者名: Matthew A.B. Baker, Robert M.G. Hynson, Lorraine A. Ganuelas, Nasim Shah Mohammadi, Chu Wai Liew, Anthony A. Rey, Anthony P. Duff, Andrew E. Whitten, Cy M. Jeffries, Nicolas J. Delalez, Yusuke V. Morimoto, Daniela Stock, Judith P. Armitage, Andrew J. Turberfield, Keiichi Namba, Richard M. Berry and Lawrence K. Lee
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 23 号: 3 ページ: 197-203
  • DOI: 10.1038/nsmb.3172
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The bacterial flagellar type III export gate complex is a dual fuel engine that can use both H+ and Na+ for flagellar protein export (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Morimoto YV, Hara N, Aldridge PD, Namba K
  • 雑誌名: PLoS Pathog 巻: 12 号: 3 ページ: e1005495-e1005495
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1005495
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] FliH and FliI ensure efficient energy coupling of flagellar type III protein export in Salmonella. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Kinoshita M, Inoue Y, Morimoto YV, Ihara K, Koya S, Hara N, Nishioka N, Kojima S, Homma M, Namba K
  • 雑誌名: Microbiologyopen 巻: - 号: 3 ページ: 340-340
  • DOI: 10.1002/mbo3.340
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] H+ and Na+ are involved in flagellar rotation of the spirochete Leptospira. (2015)
  • 著者名/発表者名: Islam MS, Morimoto YV, Kudo S, Nakamura S
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 466 号: 2 ページ: 196-200
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.09.004
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞分化に伴う細胞質pH変化の高感度イメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 2018年 生体運動合同班会議
• [学会発表] 細胞の集団運動に関わる電気化学ポテンシャル変化の 高感度イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 日本物理学会第72 回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] DETECTION OF LOCAL PH DIFFERENCES IN LIVING BACTERIAL CELL BY HIGH-RESOLUTION PH IMAGING (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 学会等名: BLAST XIV
  • 発表場所: Royal Sonesta Hotel, New Orleans, LA, USA
  • 年月日: 2017-01-16
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞内シグナル伝達における膜電位の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５５回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 柄細胞分化に伴う細胞質pH変化の高感度イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第７回日本細胞性粘菌学会例会
• [学会発表] 真核生物のシグナル伝達を調節する膜電位変動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第４３回討論会
• [学会発表] 細胞機能に関わる細胞質pHの高感度イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第60回記念シンポジウム
• [学会発表] 細胞機能に関わる細胞内pHの計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５４回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • 年月日: 2016-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] cAMPシグナルリレーにおける膜電位変化の計測と制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５４回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] 細胞性粘菌における膜電位の計測と制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 日本細胞性粘菌学会第６回例会
  • 発表場所: 上智大学、東京都千代田区
  • 年月日: 2016-10-15
• [学会発表] バクテリア１細胞内における局所pH差の計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐, 上池伸徳, 宮田知子, 川本晃大, 加藤貴之, 難波啓一, 南野徹
  • 学会等名: 研究会「理論と実験」２０１６
  • 発表場所: 広島大学、広島県東広島市
  • 年月日: 2016-10-07
• [学会発表] 協調的アメーバ運動を司る局所的膜電位ゆらぎの計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」第４回領域全体会議
  • 発表場所: 長崎大学良順会館、長崎県長崎市
  • 年月日: 2016-06-10
• [学会発表] 単細胞・多細胞における高感度細胞内シグナルイメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」第４回領域全体会議
  • 発表場所: 長崎大学良順会館、長崎県長崎市
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会発表] 細胞性粘菌における多細胞動態イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: The 2nd RIKEN Quantitative and Developmental Biology Joint Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所（神戸キャンパス）、兵庫県神戸市
  • 年月日: 2016-04-19
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性シグナル伝達に伴う自発的膜電位変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 理研シンポジウム「細胞システムの動態と論理VIII」
  • 発表場所: 理化学研究所（和光キャンパス）、埼玉県和光市
  • 年月日: 2016-04-15
• [学会発表] 自発的膜電位変化を伴う走化性シグナル伝達 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 2016年 生体運動合同班会議
  • 発表場所: 京都、キャンパスプラザ京都
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 細胞性粘菌におけるシグナル伝達と膜電位変化の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５回日本細胞性粘菌学会例会
  • 発表場所: 弘前、弘前大学
  • 年月日: 2015-10-11
• [学会発表] High-sensitivity fluorescence imaging of membrane potential in Dictyostelium (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢、金沢大学
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 細胞内局所pHと細胞機能の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • 発表場所: 愛知、岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2015-04-20
• [備考] 細胞内生体ナノマシン近傍のpH計測が可能に
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/events/achievement/namba-20161206/