細胞膜情報処理装置の再構成

• 研究課題/領域番号: 15KT0087
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 特設分野
• 研究分野: 構成的システム生物学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 佐甲 靖志 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (20215700)
• 研究期間 (年度): 2015-07-10 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2015年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: シグナル伝達 / ナノマシン

研究成果の概要

上皮成長因子受容体 (EGFR) による細胞膜情報処理システムの再構成系を開発し、情報伝達の分子機構を解明することを目的した。再構成系は直径10~15 nmの微小平面膜であるナノディスクを基盤として作成した。ナノディスク作成法を確立し、特にEGFRの膜貫通-膜近傍領域ペプチドの再構成系による１分子構造ダイナミクス計測から、２量体化が酸性脂質PS, PIP2と膜近傍領域の相互作用によって誘起されること。膜近傍領域T654のリン酸化は酸性脂質との相互作用を介して２量体形成を阻害すること。膜のコレステロールは２量体化を促進するが、異なる構造を持つ可能性、などが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞膜受容体は細胞内外の情報変換を行う重要な蛋白質分子であるが、膜を介した情報伝達は信号分子と受容体の相互作用、受容体の分子構造・会合状態変化、受容体と細胞質分子の相互作用などが、さらに複雑かつ不均一な膜構造・膜脂質組成と絡み合って起こる複雑な反応である。ナノディスクは反応要素を最も小数・単純化できる再構成系であり、リポソームなど再構成膜系を利用した構成的システム研究へ基盤情報を与えることができる。本研究では蛋白質と脂質の協調が反応医御に必要であることが明らかになった。

研究成果

• [国際共同研究] Ulsan University(韓国)
• [国際共同研究] Incerm(France)
• [国際共同研究] McGill University(Canada)
• [国際共同研究] National University of Singapore(Singapore)
• [雑誌論文] Shift in Conformational Equilibrium Induces Constitutive Activity of G-Protein-Coupled Receptor, Rhodopsin. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda R, Hiroshima M, Yamashita T, Wada A, Sako Y, Shichida Y, Imamoto Y.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122 号: 18 ページ: 4838-4843
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b02819
  • NAID: 120006708207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Automated single-molecule imaging in living cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasui Masato、Hiroshima Michio、Kozuka Jun、Sako Yasushi、Ueda Masahiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05524-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein?coupled receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa Masataka、Hiroshima Michio、Togashi Yuichi、Abe Mitsuhiro、Yamashita Takahiro、Shichida Yoshinori、Murata Masayuki、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 11 号: 548 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1126/scisignal.aao1917
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-Molecule F?rster Resonance Energy Transfer Measurement Reveals the Dynamic Partially Ordered Structure of the Epidermal Growth Factor Receptor C-Tail Domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Kenji、Sako Yasushi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 123 号: 3 ページ: 571-581
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b10066
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-molecule imaging and manipulation of biomolecular machines and systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Iino Ryota、Iida Tatsuya、Nakamura Akihiko、Saita Ei-ichiro、You Huijuan、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1862 号: 2 ページ: 241-252
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.08.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inferring a nonlinear biochemical network model from a heterogeneous single-cell time course data (2018)
  • 著者名/発表者名: Shindo Yuki、Kondo Yohei、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 6790-6790
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25064-w
  • NAID: 120006502573
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transient Acceleration of Epidermal Growth Factor Receptor Dynamics Produces Higher-Order Signaling Clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima Michio、Pack Chan-gi、Kaizu Kazunari、Takahashi Koichi、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 430 号: 9 ページ: 1386-1401
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.02.018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lipid-Protein Interplay in Dimerization of Juxtamembrane Domains of Epidermal Growth Factor Receptor (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda Ryo、Sato Takeshi、Okamoto Kenji、Yanagawa Masataka、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 114 号: 4 ページ: 893-903
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2017.12.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-molecule fluorescence-based analysis of protein conformation, interaction, and oligomerization in cellular systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Kenji、Hiroshima Michio、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 10 号: 2 ページ: 317-326
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0366-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent advances in FRET for the study of protein interactions and dynamics. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, K. and Sako, Y.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Strct. Biol. 巻: 46 ページ: 16-23
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2017.03.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A novel spingomyeling/cholesterol specific probe reveals the dynamics of the membrane domain during virus and in Nieman-Pick type C (2016)
  • 著者名/発表者名: Makino, A., Sako, Y. et al.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 31 号: 4 ページ: 1301-1322
  • DOI: 10.1096/fj.201500075r
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cortical polarity of the RING protein PAR-2 is maintained by exchange rate kinetics at the cortical-cytoplasm boundary (2016)
  • 著者名/発表者名: Arata, Y., Hiroshima, M., Pack, C.-G., Ramanujam, R., Motegi, F., Nakazato, K., Wiseman, P. W., Sawa, H., Kobayashi, T. J., Brandao, H. B., Shibata, T., and Sako, Y.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 16 号: 8 ページ: 2156-2168
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.07.047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] State transition analysis of spontaneous branch migration of the Holliday junction by photon-based single-molecule fluorescence resonance energy transfer. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, K. and Sako, Y.
  • 雑誌名: Biophys. Chem. 巻: 209 ページ: 21-27
  • DOI: 10.1016/j.bpc.2015.11.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Sinlgle-molecular pharmacology of GPCRs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sako, Y.
  • 学会等名: The 3rd Biosignal Research Center International Symposium “Modulation of GPCR Signaling by Membrane Heterogeneity and Molecular Clustering”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In cell automated single-molecule analysis and its extensive applications. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima, M., Yasui, M., Kozuka, J., Sako, Y., and Ueda, M.
  • 学会等名: 日本生物物理学会第56回年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞膜受容体の運動・会合と生理活性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 第17回生化学セミナー、東邦大学医学部
  • 招待講演
• [学会発表] . Single-molecule pharmacology of a GPCR (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa, M., Hiroshima, M., Togashi, Y., Yamashita, T., Shichida, Y., Murata, M., Ueda, M., and Sako, Y.
  • 学会等名: University of Strasbourg-RIKEN Workshop on Membrane Lipidology
  • 発表場所: Strasbourg (France)
  • 年月日: 2017-03-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 単一分子計測で明らかにする細胞中の分子動態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本憲二、廣島通夫、日比野佳代、佐甲靖志
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第37回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 2017-01-07
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜受容体の１分子動態、生理学から薬理学へ (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第42回関東支部講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Lipid-protein cooperativity in the regulation of juxtamembrane domain dimer formation in epidermal growth factor receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Maeda, R., Sato, T., Okamoto, K., and Sako, Y.
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Single-molecule FRET measurement for EGFR-RAS-MAPK signal transduction pathway. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, K., Maeda, R., and Sako, Y.
  • 学会等名: Deciphering complex energy landscape and kinetic network from single molecules to cells: a new challenge to make theories meet experiments
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞内情報伝達のイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 理研公開シンポジウム「観る・測る・解く」４次元細胞計測の現状と未来
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内の１分子イメージング：生理学から薬理学へ (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 東京理科大学研究推進機構総合研究院 イメージングフロンティアセンターシンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学（野田）
  • 年月日: 2016-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜受容体の１分子可視化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 第25回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 名古屋市立大学（名古屋）
  • 年月日: 2016-09-05
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内の確率過程 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 研究会「異常拡散をめぐる最近の進展」
  • 発表場所: 慶應義塾大学（横浜）
  • 年月日: 2016-09-01
  • 招待講演
• [学会発表] １分子計測で見るEGF受容体の細胞膜動態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 蛋白研セミナー
  • 発表場所: 大阪大学、吹田
  • 年月日: 2016-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜受容体の動的会合体形成と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 第13回JCGGシンポジウム
  • 発表場所: ウインク愛知、名古屋
  • 年月日: 2015-10-01
  • 招待講演
• [学会発表] Single-molecule analysis of cell signaling reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐甲靖志
  • 学会等名: 第3回 少数性成物学トレーニングコース
  • 発表場所: 大阪大学、吹田
  • 年月日: 2015-08-01
  • 招待講演
• [備考] http://www.riken.go.jp/cell-info/
• [備考] 佐甲細胞情報研究室Webpage
  • URL: http://www.riken.go.jp/cell-info/
• [産業財産権] Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の活性評価方法 (2017)
  • 発明者名: 柳川正隆、佐甲靖志、廣島通夫、安井真人、上田昌宏、冨樫祐一
  • 権利者名: 柳川正隆、佐甲靖志、廣島通夫、安井真人、上田昌宏、冨樫祐一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-084803
  • 出願年月日: 2017