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受容体の超過渡的複合体によるシグナル変換とアクチンによる制御:1分子法による解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H06386
研究種目

基盤研究(S)

配分区分補助金
研究分野 医化学一般
研究機関沖縄科学技術大学院大学 (2017-2020)
京都大学 (2016)

研究代表者

楠見 明弘  沖縄科学技術大学院大学, 膜協同性ユニット, 教授 (50169992)

研究分担者 藤原 敬宏  京都大学, 高等研究院, 特定准教授 (80423060)
研究期間 (年度) 2016-05-31 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
189,150千円 (直接経費: 145,500千円、間接経費: 43,650千円)
2020年度: 21,190千円 (直接経費: 16,300千円、間接経費: 4,890千円)
2019年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円)
2018年度: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)
2017年度: 44,720千円 (直接経費: 34,400千円、間接経費: 10,320千円)
2016年度: 80,080千円 (直接経費: 61,600千円、間接経費: 18,480千円)
キーワード超長時間1分子イメジング / 超高速1分子PALM同時イメジング / 過渡的シグナル分子複合体 / アクチン膜骨格 / インテグリン / LATベシクル / Gタンパク質共役受容体ダイマー / 過渡的分子複合体 / 細胞膜 / シグナル複合体 / シグナル変換
研究成果の概要

生細胞内にある数種類の分子を、数百個同時に1分子イメジングする技術を飛躍的に改善した。時間分解能を22マイクロ秒まで高め、0.33秒で超解像画像も同時に撮れるようにした(世界最速)。これを、3種の受容体(補体制御のCD59、アレルギーに関わるFcε受容体、オピオイドなどの受容体ファミリーであるGPCR)に応用した。シグナルを担う分子複合体は、数個から数10個の分子からなり、1秒のオーダーで分解したり分子が入れ替わったりするという著しく動的な機構で働くこと、その基盤としてアクチン膜骨格が働くこと、などを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

蛍光顕微鏡法の空間分解能は近年大きく改善されてきたが、時間分解能の改善は遅れていた。本研究では時間分解能を50倍程度改善し、世界最速の1分子観察と超解像観察を可能にした。これにより、分子レベルでの細胞研究が大きく進展すると考えられる。さらに、本研究で見出したシグナル変換の著しく動的な機構は、多くのシグナル系に共通の基本戦略・原理であると考えられる。これらは、シグナル研究に新しいパラダイムを提供し、さらに、シグナル異常による多くの病気の理解と、薬剤の新しい設計概念につながるものである。

評価記号
検証結果 (区分)

A

評価記号
評価結果 (区分)

A: 当初目標に向けて順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる

報告書

(9件)
  • 2021 研究進捗評価(検証) ( PDF )
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 研究概要(研究進捗評価) ( PDF )   研究進捗評価(評価結果) ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 研究概要(採択時) ( PDF )   審査結果の所見 ( PDF )   実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 12件、 招待講演 9件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Wuhan University(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Super-long single-molecule tracking reveals dynamic-anchorage-induced integrin function.2018

    • 著者名/発表者名
      Takaaki A. Tsunoyama, Yusuke Watanabe, Junri Goto, Kazuma Naito, Rinshi S. Kasai, Kenichi G. N. Suzuki, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 14 号: 5 ページ: 497-506

    • DOI

      10.1038/s41589-018-0032-5

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Class-A GPCR Dopamine D2 Receptor Forms Transient Dimers Stabilized by Agonists: Detection by Single-Molecule Tracking2018

    • 著者名/発表者名
      Kasai Rinshi S.、Ito Shuichi V.、Awane Ryo M.、Fujiwara Takahiro K.、Kusumi Akihiro
    • 雑誌名

      Cell Biochemistry and Biophysics

      巻: 76 号: 1-2 ページ: 29-37

    • DOI

      10.1007/s12013-017-0829-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revealing the raft domain organization in the plasma membrane by single-molecule imaging of fluorescent ganglioside analogs.2018

    • 著者名/発表者名
      Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Makoto Kiso, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi.
    • 雑誌名

      Methods in Enzymology

      巻: 598 ページ: 267-282

    • DOI

      10.1016/bs.mie.2017.06.038

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      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cortical actin nodes: Their dynamics and recruitment of podosomal proteins as revealed by super-resolution and single-molecule microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Y.M. Shirai, T.A. Tsunoyama, N. Hiramoto-Yamaki, K.M. Hirosawa, A.C.E. Shibata, K. Kondo, A. Tsurumune, F. Ishidate, A. Kusumi, and T.K. Fujiwara
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 12 号: 11 ページ: 1-35

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0188778

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      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamic Meso-Scale Anchorage of GPI-Anchored Receptors in the Plasma Membrane: Prion Protein vs. Thy12017

    • 著者名/発表者名
      Nemoto YL, Morris, RJ, Hijikata H, Tsunoyama TA, Shibata ACE, Kasai RS, Kusumi A, Fujiwara TK
    • 雑誌名

      Cell Biochemistry and Biophysics

      巻: 75 号: 3-4 ページ: 399-412

    • DOI

      10.1007/s12013-017-0808-3

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      2017 実績報告書
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  • [雑誌論文] Raft-based sphingomyelin interactions revealed by new fluorescent sphingomyelin analogs2017

    • 著者名/発表者名
      Masanao Kinoshita, Kenichi GN Suzuki, Nobuaki Matsumori, Misa Takada, Hikaru Ano, Kenichi Morigaki, Mitsuhiro Abe, Asami Makino, Toshihide Kobayashi, Koichiro M Hirosawa, Takahiro K Fujiwara, Akihiro Kusumi, Michio Murata
    • 雑誌名

      J Cell Biol

      巻: 未定 号: 4 ページ: 1183-1204

    • DOI

      10.1083/jcb.201607086

    • NAID

      120005998045

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 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] Synthesis of fluorescent gangliosides for the studies of raft domains.2017

    • 著者名/発表者名
      Naoko Komura, Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Miku Konishi, Akihiro Imamura, Hideharu Ishida, Akihiro Kusumi, Makoto Kiso.
    • 雑誌名

      Methods in Enzymology

      巻: 597 ページ: 239-263

    • DOI

      10.1016/bs.mie.2017.06.004

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      2017 実績報告書
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  • [雑誌論文] Development of new ganglioside probes and unraveling of raft domain structure by single-molecule imaging.2017

    • 著者名/発表者名
      Kenichi G. N. Suzuki, Hiromune Ando, Naoko Komura, Takahiro K. Fujiwara, Makoto Kiso, Akihiro Kusumi.
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta

      巻: 1861 号: 10 ページ: 2494-2506

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.07.012

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Raft-based interactions of gangliosides with a GPI-anchored receptor2016

    • 著者名/発表者名
      N. Komura, K. G. N. Suzuki, H. Ando, M. Konishi, M. Koikeda, A. Imamura, R. Chadda, T. K. Fujiwara, H. Tsuboi, R. Sheng, W. Cho, K. Furukawa, K. Furukawa, Y. Yamauchi, H. Ishida, A. Kusumi (Co-Corresponding Author), and M. Kiso
    • 雑誌名

      Nat. Chem. Biol.

      巻: in press 号: 6 ページ: 402-410

    • DOI

      10.1038/nchembio.2059

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Signal transduction enabled by very transient molecular complexes: findings by single-molecule tracking2018

    • 著者名/発表者名
      A. Kusumi
    • 学会等名
      AsiaNano2018 (Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule view of the plasma membrane organization that is responsible for signal transduction2018

    • 著者名/発表者名
      A. Kusumi
    • 学会等名
      25th East Asia Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Signal transduction by metastable molecular complexes: findings by single-molecule tracking2018

    • 著者名/発表者名
      A. Kusumi
    • 学会等名
      63rd Annual Meeting of the Biophysical Society; Subgroup Symposium “Membrane Structure and Function”
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transient hetero-dimerization of opioid receptors (GPCRs) and their formation mechanisms revealed by single-molecule tracking2018

    • 著者名/発表者名
      Peng Zhou, Rinshi S. Kasai, Koichiro M. Hirosawa, Alexey Yudin, Yuki M. Shirai, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      The 62nd Annual Meeting of the Biophysical Society (USA)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-long single fluorescent-molecule tracking revealed tension-dependent dynamic anchorage of integrin for cell adhesion2018

    • 著者名/発表者名
      Taka-aki Tsunoyama, Kenichi G.N. Suzuki, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      The 62nd Annual Meeting of the Biophysical Society (USA)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Very transient molecular complexes enable signal transduction: findings by single-molecule tracking2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      International Congress on Analytical Sciences 2017 (ICAS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule view of the plasma membrane organization for signal transduction2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      Federation of European Neuroscience (FENS) Regional Meeting 2017 (Closing Plenary Lecture)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule tracking detection of very transient signaling molecular complexes.Transient hetero-dimerization of opioid receptors (GPCRs) and their formation mechanisms revealed by single-molecule tracking2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      The Second Adriatic Symposium on Biophysical Approaches in Biomedical Studies.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Signal transduction by transient molecular complexes: findings by single-molecule tracking.2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      The 5th European Joint Theoretical/Experimental Meeting on Membranes (EJTEMM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Revealing plasma membrane compartmentalization and function: an ultrafast single-molecule imaging study2017

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Fujiwara
    • 学会等名
      The UK-Japan Spring Neuroscience Symposium
    • 発表場所
      京都ガーデンパレス(京都府京都市)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrafast single-molecule imaging for understanding signaling at the cell membrane2016

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      1st Microscopy Mela: 8th International Bangalore Microscopy Course
    • 発表場所
      バンガロール(インド)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Very transient molecular interactions enable signal transduction: findings by single-molecule tracking2016

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      Xth International Workshop on EPR in Biology and Medicine
    • 発表場所
      クラクフ(ポーランド)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic dimer formation of G-protein coupled receptor in the live plasma membrane: An approach by using single molecule observation2016

    • 著者名/発表者名
      Rinshi Kasai, Akihiro Kusumi
    • 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)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] The 16th International Membrane Research Forum2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-06-01   更新日: 2025-01-30  

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