| 研究課題/領域番号 |
21K06096
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
今井 洋 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (60391869)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ダイニン / 微小管 / クライオ電子顕微鏡 / 構造解析 / モータータンパク質 / 分子モーター / 細胞骨格 / 単粒子解析 / チューブリン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞質ダイニンは、細胞骨格である微小管に沿って、細胞内物質を輸送する重要なタンパク質である。例えば、細胞膜周辺部から核に向けて、ミトコンドリア、mRNA、アミロイドβタンパク質などを運ぶ。細胞質ダイニンが微小管に結合した構造は、２つの部分構造として報告されている。しかし、多くのタンパク質複合体で、全体構造が解明されたときに、複数の部分構造を合わせたものと全体構造とに差異があることが報告されている。そこで、本研究では、細胞質ダイニンが微小管に結合した全体構造を、クライオ電子顕微鏡を使って明らかにすることを目的とする。この構造がわかると、ヒトの神経変性疾患の発病の分子メカニズムの解明などに役立つ。
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| 研究実績の概要 |
細胞質ダイニンは、真核生物の細胞内物質を能動的に輸送する主要なタンパク質である。特に、細胞質ダイニンは、細胞周辺部から細胞中心方向への物質輸送を行うという機能を果たしている。細胞内の積荷は、成長因子やミトコンドリアなどのオルガネラなどである。ダイニンによる力発生はATPの化学的なエネルギーを力学的なエネルギーに変換することで達成される。ダイニンの力発生前と力発生後という２つの極端な状態での構造は報告されているが、それらの間でどのような中間状態があるかは依然としてなぞである。この疑問を解くために、私達は、細胞質ダイニンが力発生を行うドメインであるモータードメインの構造変化をクライオ電子顕微鏡・単粒子解析法で解析することにした。
その結果、これまでに報告されていない複数の新規構造を近原子分解能で得ることができた。2023年12月には米国ボストンで開催されたアメリカ細胞生物学会でポスター発表した。現在、論文投稿に向けて、執筆を行っている。
次に、細胞質ダイニンが微小管に結合するときの構造変化を捉えるために、微小管に細胞質ダイニンを結合させて、クライオ電子顕微鏡で撮影している。撮影できたものから構造解析を進行させている。
さらに、細胞質ダイニンだけでなく、繊毛ダイニンは、精子などを水中で前進させるために、繊毛の駆動力を発生させるダイニンであるが、この構造解析も行っている。繊毛ダイニンは約10種類あることが遺伝子配列から知られているが、近原子分解能の構造が分かっているのは、3種類のみである。私達は、複数の繊毛ダイニンの構造を近原子分解能で得ることができ、2024年1月の生体運動合同班会議で口頭発表した。現在、論文投稿の準備を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
細胞膣ダイニンの新たな中間構造を近原子分解能で得たが、学会発表した際に、ヌクレオチド結合部位の分解能が問題になった。そこで、分解能を改善すべく、撮影枚数を以前の10倍に増やすことで、ダイニンとして世界最高分解能で、近原子分解能で構造を得ることに成功した。撮影と解析をやり直したために、半年ほど計画よりも遅れてしまったが、質の高いデータで、よりよい論文を目指したいと考えている。現在、論文投稿を目指して、図の作成、文章の作成を進行させている。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず初めに、細胞膣ダイニンの新たな中間構造を近原子分解能で得たので、これを論文として、発表する。そして、微小管に結合した細胞質ダイニンの撮影を進めていき、近原子分解能の構造を得ることを目指す。
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