ダイナミンの新規分子マシナリーによる細胞骨格と膜のダイナミクス制御の連携機構

• 研究課題/領域番号: 19H03225
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 竹居 孝二 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40322226)
• 研究分担者: 山田 浩司 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (80325092) ; 竹田 哲也 岡山大学, 医歯薬学域, 研究准教授 (30302368) ; 内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021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); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: ダイナミン / アクチン / 微小管 / 細胞膜 / 生体膜 / チューブリン / 膜 / メンブレン / ポドサイト / シャルコーマリーツース病 / 中心核ミオパチー / マラリアダイナミン

研究開始時の研究の概要

ダイナミンはアクチン、微小管、生体膜を制御する。ダイナミンとそのターゲットは、重合脱重合、変形などダイナミック変化するため分子の作動実態は未解明である。我々は最近、ダイナミンの膜切断過程をin vitroで再現し、その働きを直接観察した（Takeda et al. eLife 2018）。in vitro再構成系と細胞レベルの解析により、アクチン、微小管、生体膜に対するダイナミンの作動実態と、ダイナミンのマルチ機能が細胞内で連携統合する仕組みを解析する。ダイナミンファミリー分子に共通する本質的分子マシナリーの解明、マルチ機能の統合の仕組みの解明、ダイナミン変異疾患の病態解明を目指す。

研究成果の概要

ダイナミン２のCharcot-Marie-Tooth病変異によりストレスファイバーが異常になることを見出し、ダイナミンがストレスファイバーの形成、安定化に必要であることを示すとともに、ダイナミンによるアクチン線維束形成をin vitroで再現した。また、ダイナミン１が微小管を束化することを見出し、この微小管束化が腎糸球体ポドサイトの一次突起の形成と安定化や、細胞形態の維持に必要であることを示すとともに、ダイナミン１の微小管結合部位を同定した。さらに、膜ダイナミクス制御に関して、ダイナミン２とBAR タンパクBIN１が協働して骨格筋細胞のT管の形成、安定化に機能す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

ダイナミンの変異が、てんかん性脳症や末梢神経変性疾患Charcot-Marie-Tooth病、先天性筋疾患の一つである中心核ミオパチーの原因となることがわかり、それらの疾患に関連するダイナミン変異も多数報告されている。ダイナミン分子の生理的機能、作動機構を解明するとともに、変異に伴う機能破綻のメカニズムを明らかにすることは、これらの難治性疾患の分子病態の解明や新規の診断、治療の開発に不可欠である。

研究成果

• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] IST Austria(オーストリア)
• [国際共同研究] Yale大学(米国)
• [国際共同研究] INSERM/ソルボンヌ大学(フランス)
• [雑誌論文] Microtubule assembly by tau impairs endocytosis and neurotransmission via dynamin sequestration in Alzheimer's disease synapse model (2022)
  • 著者名/発表者名: Hori, T., Eguchi, K., Wang, H.Y., Miyasaka, T., Guillaud, L., Taoufiq, Z., Mahapatra, S., Yamada, H., Takei, K., Takahashi, T.
  • 雑誌名: Elife 巻: 11 ページ: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.73542
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The lipid-binding defective dynamin 2 mutant in Charcot-Marie-Tooth disease impairs proper actin bundling and actin organization in glomerular podocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamasaki, E., Wakita, N., Yasuoka H., Nagaoka, H., Morita, M., Takashim, E., Uchihashi, T., Takeda, T., Abe, T., Saleem, M.A., Ogo, N., Asai, A., Narita, A., Kohji Takei, K.,Yamada, H.
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: ー
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging‐based evaluation of pathogenicity by novel DNM2 variants associated with centronuclear myopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujise Kenshiro、Okubo Mariko、Abe Tadashi、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Nishino Ichizo、Takeda Tetsuya、Noguchi Satoru
  • 雑誌名: Human Mutation 巻: 43 号: 2 ページ: 169-179
  • DOI: 10.1002/humu.24307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamin 2 and BAR domain protein pacsin 2 cooperatively regulate formation and maturation of podosomes (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Jianzhen、Fujise Kenshiro、Wint Haymar、Senju Yosuke、Suetsugu Shiro、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Takeda Tetsuya
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 571 ページ: 145-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mutant BIN1-Dynamin 2 complexes dysregulate membrane remodeling in the pathogenesis of centronuclear myopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujise K., Okubo M., Abe T., Yamada H., Nishino I., Noguchi S., Takei K., Takeda T.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 296 ページ: 100077-100077
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.015184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamin 1 is important for microtubule organisation and stabilisation in glomerular podocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: The Mon La , Tachibana, H., Li, S.A., Abe, T., Seiriki, S., Nagaoka, H., Takashima, E., Takeda, T., Ogawa, D., Makino, S., Asanuma, K., Watanabe, M., Tian, X., Ishibe, S., Sakane, A., Sasaki, T., Wada, J., Takei, K., Yamada, H.
  • 雑誌名: FASEB Journal 巻: 34 号: 12 ページ: 16449-16463
  • DOI: 10.1096/fj.202001240rr
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Initial phospholipid-dependent Irgb6 targeting to Toxoplasma gondii vacuoles mediates host defense. (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee, Y., Yamada, H., Pradipta, A., Ma, J.S., Okamoto, M., Nagaoka, H., Takashima, E., Standley, D.M., Sasai, M., Takei, K., Yamamoto, M.
  • 雑誌名: Life Science Alliance 巻: 3 号: 1 ページ: 000-000
  • DOI: 10.26508/lsa.201900549
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATP6AP2 variant impairs CNS development and neuronal survival to cause fulminant neurodegeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuo Hirose, Alfredo Cabrera-Socorro, David Chitayat, Thomas Lemonnier, Olivier Feraud, Carmen Cifuentes-Diaz, Nicolas Gervasi, Cedric Mombereau, Tanay Ghosh, Loredana Stoica, Al Bacha Jeanne d'arc, Hiroshi Yamada et al.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 130 号: 5 ページ: 2145-2162
  • DOI: 10.1172/jci79990
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ダイナミンによる細胞骨格と膜のダイナミクス制御：新規分子マシナリーからダイナミン変異疾患の分子病態まで (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹居孝二
  • 学会等名: 新潟大学大学院医歯学総合研究科分子細胞機能学分野セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 中心核ミオパチー型BIN1 およびDNM2 変異体による膜リモデリング異常の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤瀬賢志郎、山田浩司、竹居孝二、竹田哲也
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会・第19回日本蛋白質科学会年会合同大会
• [学会発表] ダイナミンの動的分子イメージング：in vitro 再構成系×高速AFM (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹居孝二、内橋貴之、竹田哲也、山田浩司、安藤敏夫
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会・第19回日本蛋白質科学会年会合同大会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋細胞膜リモデリングにおけるメカニカルストレス応答の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤瀬賢志郎、山田浩司、竹居孝二、竹田哲也
  • 学会等名: 日本筋学会第5回学術集会
• [学会発表] 腎糸球体ポドサイトにおけるアンフィファイジン１の機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田浩司、The Mon La、竹田哲也、阿部匡史、淺沼克彦、竹居孝二
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 腎糸球体ポドサイトにおけるダイナミンイソフォームの局在と機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 阿部匡史、The Mon La、橘洋美、竹田哲也、竹居孝二、山田浩司,
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] ダイナミン GTP アーセはアクチン線維の束化と分散を機械的に制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹居孝二、テモンラ、阿部匡、竹田哲也、 藤原郁子、成田哲博
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Dynamin GTPase mechanically regulates bundling and unbundling of actin filaments (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohji Takei1, La The Mon, Tadashi Abe, Tetsuya Takeda, Ikuko Fujiwara, Akihiro Narita
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical stress-responsive membrane remodeling in muscle cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshiro Fujise, Hiroshi Yamada, Kohji Takei, Tetsuya Takeda
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Regulation of skeletal muscle membrane robustness by membrane remodeling proteins BIN1 and Dynamin-2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenshiro Fujise, Hiroshi Yamada, Kohji Takei, Tetsuya Takeda
  • 学会等名: 第７回若手による骨格筋細胞研究会
• [備考] Matthias Groszer's research
  • URL: https://www.researchgate.net/scientific-contributions/48055760_Matthias_Groszer