細胞中心方向物質輸送機構の構造基盤解明

• 研究課題/領域番号: 17H03665
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 昆 隆英 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (30332620)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 細胞内物質輸送 / 構造生物学 / 生物物理学 / 分子モーター / ナノマシン / ダイニン / 微小管 / 構造生命科学

研究成果の概要

ダイニンは、ATP加水分解を利用して微小管上を滑り運動する巨大なモータータンパク質複合体で、そのモーター活性は、細胞中心方向への物質輸送・細胞移動・細胞分裂など本質的な生命活動の駆動に必須である。しかし、これら多様な細胞内機能を発揮するための基盤となる「ダイニン複合体が微小管上を輸送運動するメカニズム」はいまだに謎に包まれている。 研究代表者らは、本研究において、ダイニン力発生過程における新規の中間状態を発見し、その構造を近原子分解能で明らかにすることに成功した。本研究成果は、ダイニン力発生機構の全貌解明に向けた重要基盤になり得るものである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、細胞内物質輸送・細胞移動・細胞分裂など本質的な生命活動の分子・原子レベルでの理解に貢献するもので、理学的な観点から十分な学術的意義があると考えられる。また本研究は、細胞内物質輸送機構の機能不全と深く関連する疾病（不妊・気道障害・神経変性疾患など）の発症機構理解への寄与も期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)
• [国際共同研究] University of Connecticut/University of Georgia(米国)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)
• [国際共同研究] University of Connecticut Health Center/Emory University(米国)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)
• [国際共同研究] University of Connecticut Health Center/Emory University(米国)
• [国際共同研究] University of London(英国)
• [国際共同研究] Paul Sherrer Institut(スイス)
• [雑誌論文] Mutations in PIH proteins MOT48, TWI1 and PF13 define common and unique steps for preassembly of each, different ciliary dynein (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Yamamoto, Shiho Yanagi, Masahito Nagao, Yuya Yamasaki, Yui Tanaka, Winfield S. Sale, Toshiki Yagi, Takahide Kon
  • 雑誌名: PLOS Genetics 巻: 16 号: 11 ページ: e1009126-e1009126
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009126
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small stepping motion of processive dynein revealed by load-free high-speed single-particle tracking (2020)
  • 著者名/発表者名: Ando J, Shima T, Kanazawa R, Shimo-Kon R, Nakamura A, Yamamoto M, Kon T, Iino R
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1080-1080
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58070-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular dissection of ALS-linked TDP-43: involvement of the Gly-rich domain in interaction with G-quadruplex mRNA. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro A, Kimura N, Noma T, Shimo-Kon R, Ishihama A, Kon T.
  • 雑誌名: FEBS letter 巻: - 号: 14 ページ: 2254-2265
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural and Functional Analysis of the Dynein Motor Domain (2019)
  • 著者名/発表者名: Shima T., Kon, T.
  • 雑誌名: Handbook of Dynein 2nd edition (Amos, L and Hirose, K., Eds) 巻: 1 ページ: 37-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] 動物細胞に共通する細胞内の輸送システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 今井洋，昆隆英
  • 雑誌名: 生産と技術 巻: 70 ページ: 73-76
  • NAID: 40021703280
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Chlamydomonas DYX1C1/PF23 is essential for axonemal assembly and propermorphology of inner dynein arms (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, R., Obbineni, J.M., Alford, L.M., Ide, T., Owa, M., Hwang, J., Kon, T., Inaba, K., James, N., King, S.M., Ishikawa, T., Sale, W.S., Dutcher, S.K.
  • 雑誌名: PLoS Genet. 巻: 13 号: 9 ページ: e1006996-e1006996
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006996
  • NAID: 120007134773
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 電子顕微鏡単粒子解析法による繊毛ダイニン新規構造の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 雷宜慈, 今井洋, 山本遼介, 重兼拓実, 下理恵子, 上村慎治, 八木俊樹, 梶村直子, 光岡薫, 昆隆英
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議2023
• [学会発表] ダイニンメカニズム解明の新展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 重兼拓実, 今井洋, 昆隆英
  • 学会等名: 第11回分子モーター討論会
• [学会発表] In situ localization of a novel ciliary-dynein subunit having a light-sensing domain revealed by cryo-electron tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yamamoto, Yuhei Nakagiri, Osamu Kutomi, Hiroshi Imai, Song Chihong, Kazuyoshi Murata, Kaoru Mitsuoka, Ken-ichi Wakabayashi, Takashi Ishikawa, Kazuo Inaba and Takahide Kon
  • 学会等名: 顕微鏡学会第76回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Release mechanism of the shutdown state of cytoplasmic dynein revealed by electron microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yui Kurume, Hiroshi Imai, Kazuki Iwasaki, Shinji Kamimura, Reiko Shimo-Kon, Ryosuke Yamamoto, Takahide Kon
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Novel ciliary dynein structure revealed by negative stain EM (2020)
  • 著者名/発表者名: Yici Lei, Hiroshi Imai, Ryosuke Yamamoto, Akira Fukunaga, Reiko Shimo-Kon, Shinji Kamimura, Toshiki Yagi, Takahide Kon
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Effects of high hydrostatic pressure on intracellular Ca2+ concentration of sea urchin live sperm (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imai, Yumiko Kaminoe, Yoshie Harada, Takahide Kon, Masayoshi Nishiyama, Shinji Kamimura
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会
• [学会発表] How could planarians glide over a substrate at a high speed? (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imai, Toshiya Kawasaki, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Takahide Kon, Shinji Kamimura
  • 学会等名: 第42回エアロ・アクアバイオメカニズム学会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 高タンパク質濃度条件下のタンパク質複合体の構造を観察するための新規のネガティブ染色電子顕微鏡法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今井洋，中桐侑平，Gerle,C，武藤悦子，栗栖源嗣，昆隆英
  • 学会等名: 生体運動合同班会議
• [学会発表] ALS-linked G-quadruplex binding proteins TDP-43 and FUS have common and distinct roles in the molecular interaction mechanisms (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro A, Kimura N, Katayama A, Kon T.
  • 学会等名: NEURO2019
• [学会発表] Structural/functional analyses on MOT7, a novel light chain of ciliary dynein f/I1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto R, Nakagiri Y, Kutomi O, Imai H, Wakabayash K, Ishikawa T, Inaba K, Kon T
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] The research about movement directionality dependent on the microtubule binding domain of cytoplasmic dynein (2019)
  • 著者名/発表者名: Kubo S, Shima T, Kon T, Takada S
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] A newly developed negative staining method for high protein concentration of the protein complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai H, Kato T, Gerle C, Muto E, Kurisu G, Namba K, Kon T.
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Cryo-electron tomography revealed localization of a novel ciliary dynein subunit, MOT7. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto R, Nakagiri Y, Kutomi O, Imai H, Song C, Murata K, Mitsuoka K, Wakabayashi K, Ishikawa T, Inaba K, Kon T.
  • 学会等名: 生理研究会「クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」
• [学会発表] Guanine oxidization of G-quadruplex affects TDP-43 dependent mRNA transport (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro A, Kimura N, Noma T, Kon T.
  • 学会等名: 5th RNA Metabolism in Neurological Disease Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Single-particle tracking of motor domain of a processive dynein at microsecond time resolution and nanometer localization precision (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando J, Shima T, Nakamura A, Akasit V, Yamamoto M, Kon T, Iino R.
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会2018
• [学会発表] Molecular mechanisms of interaction between ALS causative proteins and an RNA G-quadruplex (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishiguro A, Kimura N, Noma T, Kon T.
  • 学会等名: 第41回日本日本分子生物年会
• [学会発表] A new negative staining EM method at high protein concentration for sample evaluation of cryo-EM single particle analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Imai H, Kato T, Gerle C, Muto E, Kurisu G, Namba K, Kon T.
  • 学会等名: 生理研究会「クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の高分解能単粒子構造解析」
• [学会発表] Struture and mechanism of dynein motors (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kon
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Multiscale Simulations of Cytoplasmic Dynein: From All-atom to Continuum Mechanics (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Iida, Benjamin Hanson, Narutoshi Kamiya, Genji Kurisu, Takahide Kon, Haruki Nakamura, Sarah Harris
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] How does cytoplasmic dynein look like while dynein stepping along microtubules (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imai and Takahide Kon
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科生物科学専攻・昆研究室
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/kon/