上皮細胞のクライオ電顕による構造遺伝学解析

• 研究課題/領域番号: 21H04762
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 吉川 雅英 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (80272425)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 40,690千円 (直接経費: 31,300千円、間接経費: 9,390千円); 2025年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2024年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2021年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
• キーワード: 上皮 / クライオ電子顕微鏡 / 繊毛 / 微絨毛 / クライオ電子線トモグラフィー

研究開始時の研究の概要

本研究では、クライオ電子線トモグラフィーを用い上皮細胞の形態形成のメカニズムを分子レベルから解明する。上皮細胞は、外界と臓器の「インターフェース」に当たり、臓器の機能に応じて様々な形態を取る。本提案では、これまで我々が研究してきた繊毛に加え、小腸の微絨毛や耳の不動毛など、これまで全く未開拓であった脊椎動物の上皮組織を対象とする。この目的のために、クライオ電子顕微鏡用の新しい細胞内標識「形状ラベル」を開発・応用することで、上皮の形態形成のメカニズムを解明する。

研究実績の概要

本研究では、クライオ電子線トモグラフィーを用い上皮細胞の形態形成のメカニズムを分子レベルから解明する。上皮細胞は、外界と臓器の「インターフェー ス」に当たり、臓器の機能に応じて様々な形態を取る。本提案では、これまで我々が研究してきた繊毛に加え、小腸の微絨毛や耳の不動毛など、これまで全く未 開拓であった脊椎動物の上皮組織を対象とする。この目的のために、クライオ電子顕微鏡用の新しい細胞内標識「形状ラベル」を開発・応用することで、上皮の 形態形成のメカニズムを解明する。

本年度は、研究計画に沿って精子形成における新たなモーター系「マンシェット流」のモーターが相互作用するタンパク質を同定することで、なぜモーター分子 をノックアウトしたマウスで精子が動かなくなるかを解明した。これらの成果は、解剖学会などにおいて発表した。また、山梨大学・小田らとの共同研究で、繊毛内の微小管修飾の論文、ゼブラフィッシュの精子におけるカルシウム結合タンパク質に関する論文、膀胱上皮構造に関連するウロプラキンの構造解析などの結果を、4報の論文として発表した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

後に示すように、2023年度中に、4報の関連する論文を発表することができたため。

今後の研究の推進方策

形状ラベル、マンシェット流に関連するマウスの解析、などを推し進めて、論文発表を加速する。

研究成果

• [雑誌論文] Cryo-EM elucidates the uroplakin complex structure within liquid-crystalline lipids in the porcine urothelial membrane (2023)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa Haruaki、Kita Yoshihiro、Oda Toshiyuki、Kikkawa Masahide
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 号: 1 ページ: 1018-1018
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05393-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A quest to unravel the role of the stalk and microtubule‐binding domain of axonemal dyneins (2023)
  • 著者名/発表者名: Kikkawa Masahide
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 597 号: 17 ページ: 2147-2148
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14707
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] α- and β-tubulin C-terminal tails with distinct modifications are crucial for ciliary motility and assembly (2023)
  • 著者名/発表者名: Kubo Tomohiro、Tani Yuma、Yanagisawa Haru-Aki、Kikkawa Masahide、Oda Toshiyuki
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 136 号: 16
  • DOI: 10.1242/jcs.261070
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Hiroshi、Morikawa Motohiro、Kikkawa Masahide
  • 雑誌名: eLife 巻: 12
  • DOI: 10.7554/elife.84860
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identifying proteins in the cell by tagging techniques for cryo-electron microscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Masahide Kikkawa, Haruaki Yanagisawa
  • 雑誌名: Microscopy (Oxf) 巻: 71 号: Supplement_1 ページ: i60-i65
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfab059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2024)
  • 著者名/発表者名: 吉川 雅英
  • 学会等名: 第8回日本骨免疫学会 冬期学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡による上皮構造のクロススケール観察 (2024)
  • 著者名/発表者名: 吉川 雅英
  • 学会等名: JST主催 第2回タンパク質シンポジウム プログラム
• [学会発表] 精子形成におけるマンシェット輸送をになう新たなキネシンモーターの分子機構 (2024)
  • 著者名/発表者名: 牧野 司
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡による細胞骨格・モーター分子への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉川 雅英
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 広域三次元光ー電子相関電子顕微鏡法で紐解く細胞内分解ダイナミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 齊藤 知恵子
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] The introduction and structural analysis with cryo-EM of M13 bacteriophage (2023)
  • 著者名/発表者名: 楊 景霏
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡による微小管-ダイナミン複合体構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 諒平
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第79回学術講演会
• [学会発表] Combination of cryo-EM and genetics for studying microtubule-binding proteins (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉川 雅英
  • 学会等名: 第49回内藤コンファレンス
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas flagella (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷 侑磨
  • 学会等名: 第49回内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [学会発表] GAS2 mediates F-actin and microtubule crosslinking (2023)
  • 著者名/発表者名: 安 建成
  • 学会等名: 第49回内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of a Novel Kinesin Motor Involved in Sperm specific Manchette-Transport (2023)
  • 著者名/発表者名: 牧野 司
  • 学会等名: 第49回内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [学会発表] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • 著者名/発表者名: 山口 博史
  • 学会等名: 第49回内藤コンファレンス
  • 国際学会
• [学会発表] Combination of genetics and cryo-electron tomography to study the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉川 雅英
  • 学会等名: IMC20(The 20th International Microscopy Congress)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Complete structure of M13 phage by cryo-electron microscopy. (2023)
  • 著者名/発表者名: Masahide Kikkawa
  • 学会等名: 第7回日本骨免疫学会 冬期学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Combination of cryo-electron tomography and genetics to study cilia/flagella (2023)
  • 著者名/発表者名: Masahide Kikkawa
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrates (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamaguchi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • 国際学会
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuma Tani
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • 国際学会
• [学会発表] GAS2 mediates F-actin and microtubule crosslinking (2023)
  • 著者名/発表者名: Jiancheng An
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Conference Asia: Cilia and Centrosome
  • 国際学会
• [学会発表] 精子形成におけるマンシェット輸送をになう新たなキネシンモーターの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 牧野司
  • 学会等名: 第128回 日本解剖学会総会・全国学術総会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネントCalaxinの機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口 博史
  • 学会等名: 第74回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] Cryo-electron tomography revealed that Calaxin stabilizes the docking of outer arm dyneins onto ciliary doublet microtubule in vertebrate (クライオ電子顕微鏡を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネント Calaxin の機能解析) (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamaguchi
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuma Tani
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Near-atomic cryo-EM structure of GAR domain bound to the microtuble (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiancheng An
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuma Tani
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [学会発表] クライオ電子線トモグラフィーとcryo-FIB-SEMによる上皮構造の観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉川雅英
  • 学会等名: 統合生命科学研究科シンポジウム 分子原子レベルの統合生命科学研究
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉川雅英
  • 学会等名: リサーチトレンド2022 第4回クライオ電子顕微鏡ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] The introduction and structural analysis with cryo-EM of M13 Bacteriophage (2022)
  • 著者名/発表者名: Jingfei Yang
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [学会発表] Prevention of particle denaturation on the air/water interface with the aid of DNA support structure for cryo-electron microscope. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Sasaki
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [学会発表] cryo-ET を用いた繊毛軸糸ダイニンコンポーネント Calaxin の機能解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口 博史
  • 学会等名: 第12回繊毛研究会
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuma Tani
  • 学会等名: 第12回繊毛研究会
• [学会発表] FAP47, HYDIN, and CPC1 in the central pair apparatus of Chlamydomonas (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuma Tani
  • 学会等名: Cell Bio 2022 An ASCB | EMBO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrastructural Analysis of Isolation Membrane by Cryo-Electron Tomography and Cryo-Focused Ion Beam (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Fukuda
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第78回学術講演会
• [学会発表] Morphological analysis of the isolation membrane by cryo-electron tomography and cryo-FIB (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Fukuda
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrastructural Analysis of Isolation Membrane by Cryo-Electron Tomography and Cryo-Focused Ion Beam (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Fukuda
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会若手研究部会2022年度シンポジウム
• [学会発表] Morphological analysis of the isolation membrane by cryo-electron tomography and cryo-focused ion beam (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Fukuda
  • 学会等名: The 4th East-Asia Microscopy Conference
  • 国際学会
• [学会発表] クライオ電顕トモグラフィーによる脊椎動物の軸糸ダイニンリンカー構造の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamaguchi
  • 学会等名: 顕微鏡学会
• [学会発表] Combination of cryo-EM and genetics to study epithelial cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Masahide Kikkawa
  • 学会等名: Korean Society for Molecular and Cellular Biology 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Combination of cryo-EM ang genetics to study cilia/flagella (2021)
  • 著者名/発表者名: Masahide Kikkawa
  • 学会等名: Computer simulations and Cryo-ET/EM of complex biomolecular systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡によるクロススケール観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉川雅英
  • 学会等名: 第６回 日本骨免疫学会 ウィンタースクール
  • 招待講演
• [学会発表] Cryo electron tomography of cellular specimens (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Fukuda
  • 学会等名: KSBMB International Conference 2021
  • 国際学会 / 招待講演