微小管の力学的特性計測と再構成系による微小管切断装置の階層的理解

• 研究課題/領域番号: 18KK0195
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 中村 匡良 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (40553409)
• 研究分担者: 吉成 晃 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 学振特別研究員(PD) (00829872) ; 橋本 隆 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80180826)
• 研究期間 (年度): 2018-10-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 微小管 / 細胞骨格 / カタニン / チューブリン / シロイヌナズナ / 植物

研究成果の概要

植物が発生や環境シグナルに応答して表層微小管を変化させるためには、カタニンによる微小管切断が重要な役割を果たす。微小管動態解析により、植物の間期表皮細胞における微小管切断部位や切断に要する時間は確認されているが、カタニンの局在性や切断活性の分子基盤は未解明のままであった。本研究では、従来の遺伝学的および生化学的解析に加え、ライブセルイメージング法とin vitro再構築系を確立し、p60による微小管切断部位はp80サブユニットによって制御されていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カタニンによる微小管切断は、発生過程や環境に応答しながら、動的な表層微小管の配向パターン形成において重要な役割を果たしている。微小管動態解析により植物体表面の間期表皮細胞における微小管切断は微小管形成部位と交差部位で引き起こされることが知られている。しかしながら、生命活動に重要なカタニンの局在性や切断活性制御の分子基盤は明らかとなっていなかった。本研究では、カタニンによる微小管切断が起こる場所に着目した国際共同研究を展開し、切断箇所の決定メカニズムを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Carnegie Institution for Science(米国)
• [国際共同研究] Carnegie Institution for Science(米国)
• [国際共同研究] Institute of Biotechnology AS CR(チェコ)
• [国際共同研究] Carnegie Institution for Science(米国)
• [国際共同研究] Institute of Biotechnology AS CR(チェコ)
• [雑誌論文] Near‐infrared imaging of phytochrome‐derived autofluorescence in plant nuclei (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinari Akira、Isoda Reika、Yagi Noriyoshi、Sato Yoshikatsu、Lindeboom Jelmer J.、Ehrhardt David W.、Frommer Wolf B.、Nakamura Masayoshi
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: - 号: 5 ページ: 1699-1712
  • DOI: 10.1111/tpj.16699
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Finding a right place to cut: How katanin is targeted to cellular severing sites (2022)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakamura, Noriyoshi Yagi, Takashi Hashimoto
  • 雑誌名: Quantitative Plant Biology 巻: 3
  • DOI: 10.1017/qpb.2022.2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An anchoring complex recruits katanin for microtubule severing at the plant cortical nucleation sites (2021)
  • 著者名/発表者名: Noriyoshi Yagi , Takehide Kato , Sachihiro Matsunaga , David W. Ehrhardt , Masayoshi Nakamura , Takashi Hashimoto
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 3684-3684
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24067-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using Genetically Encoded Fluorescent Biosensors for Quantitative In Vivo Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshinari Akira、Moe-Lange Jacob、Kleist Thomas J.、Cartwright Heather N.、Quint David A.、Ehrhardt David W.、Frommer Wolf B.、Nakamura Masayoshi
  • 雑誌名: Arabidopsis Protocols, Methods in Molecular Biology 巻: 2200 ページ: 303-322
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0880-7_14
  • ISBN: 9781071608791, 9781071608807
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Covalent Self-labeling of Tagged Proteins with Chemical Fluorescent Dyes in BY-2 Cells and Arabidopsis Seedlings (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwatate, J.R., Yoshinari, A., Yagi, N., Grzybowski, M., Ogasawara, H., Kamiya, M., Komatsu, T., Taki, M., Yamaguchi, S., Frommer, W.B. and Nakamura, M.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 32 号: 10 ページ: 3081-3094
  • DOI: 10.1105/tpc.20.00439
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanistic Insights into Plant Chiral Growth (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, M. and Hashimoto, T.
  • 雑誌名: Symmetry 巻: 12 号: 12 ページ: 2056-2056
  • DOI: 10.3390/sym12122056
  • 査読あり
• [雑誌論文] CLASP stabilization of plus ends created by severing promotes microtubule creation and reorientation (2019)
  • 著者名/発表者名: Lindeboom Jelmer J.、Nakamura Masayoshi、Saltini Marco、Hibbel Anneke、Walia Ankit、Ketelaar Tijs、Emons Anne Mie C.、Sedbrook John C.、Kirik Viktor、Mulder Bela M.、Ehrhardt David W.
  • 雑誌名: The Journal of Cell Biology 巻: 218 号: 1 ページ: 190-205
  • DOI: 10.1083/jcb.201805047
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Elucidating molecular mechanisms of microtubule nucleation, severing, and regulation of microtubule dynamics during the organization of cortical microtubule arrays in plants (2023)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakamura
  • 学会等名: The 49th NAITO Conference on Frontiers of Microtubule and Its-related Motors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An anchoring complex stabilizes the association of daughter microtubule minus ends to their nucleation sites (2022)
  • 著者名/発表者名: Noriyoshi Yagi, Masayoshi Nakamura
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Plant and Microbial Cytoskeleton
  • 国際学会
• [備考] The anchor and the sword:
  • URL: https://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/en_backup/research/2021/06/post-35.php