| 研究課題/領域番号 |
20K20583
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
稲葉 一男 筑波大学, 生命環境系, 教授 (80221779)
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| 研究分担者 |
大岩 和弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (10211096)
岩本 裕之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 客員研究員 (60176568)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | クシクラゲ / 櫛板 / X線繊維回折 / 軸糸 / ダイニン / フォトニック結晶 / 分子モーター / 繊毛 / 微小管 / cilia / ctenophore / axoneme / photonics crystal / X-ray fiber diffraction |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、クシクラゲ類に存在する虹色に輝く巨大繊毛である櫛板の分子構築の解明と結晶構造の解明を目的とする。繊毛は、高速の波打ち運動を司る細胞小器官である。ヒトでは精子や気管支、脳室などにみられ、繊毛の異常は繊毛病などの疾患を引き起こす。繊毛の構造解明は、生物が形作る構造の理解につながるだけでなく、繊毛に由来する疾患の原因解明や治療にも重要である。本研究で対象とするクシクラゲの櫛板は、数万本の繊毛が束化しており、繊毛の構造を解明するのに適した材料である。本研究では、櫛板の分子構築と結晶構造を明らかにし、その応用として試験管内で巨大な繊毛を作り上げ、運動するフォトニック結晶作製の可能性も探る。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、クシクラゲの櫛板を材料として、隔小板の構成成分の同定、構造のX線繊維回折、及び試験管内形成を行い、繊毛微細構造の解明と生物構造体形成の原理を明らかにすることを目的とした。その結果、櫛板を構成する新規の隔小体タンパク質を合計で５種類同定し、これらによる櫛板の二段構造を明らかにした。また、櫛板がタンパク質結晶にも匹敵する高度な結晶性を示すこと、その結晶性が凍結や化学固定で失われることを明らかにした。さらに、様々な角度からX線を照射した場合の回折パターンより、分解能が低いながらも３D再構成を世界で初めて成功させ、屈曲運動に伴う生の状態の構造変化も部分的に明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、有櫛動物が多数の繊毛を束ねることにより、驚くべき結晶性の構造を形成していることが証明された。固定や凍結ではその高い結晶性が失われることから、この構造体が生の状態でしかも運動性を持っていることが重要であることが示された。これは、生物が作り出す構造の未知で重要な機能の存在を示唆している。流体と連動した新たな運動装置の原理や、生物間コミュニケーションにおける新たな伝達方法の可能性などが考えられる。今後の研究により、新たな生物機能の原理の発見に結びつくと期待される。この構造体は、フォトニック結晶の性質を持っているため、新たな通信技術の開発に大きなブレークスルーをもたらす可能性がある。
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