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一次繊毛における新規機構「分子コンバータ」システムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K15096
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分44010:細胞生物学関連
研究機関東京大学 (2023)
国立研究開発法人理化学研究所 (2021-2022)

研究代表者

加藤 孝信  東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (80844935)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード一次繊毛 / メカノバイオロジー / 左右軸決定 / シグナル伝達 / カルシウムイメージング / シグナル制御 / メカノセンサー / プロテオミクス
研究開始時の研究の概要

細胞外の生体情報を受容し細胞をコントロールすることは、多細胞生物の恒常性維持や形態形成に重要である。細胞から伸びたアンテナのような小器官である一次繊毛は、細胞外の生体情報を感知するセンサーとしての機能を担う。これまでの研究から、一次繊毛では細胞外フロー刺激により、繊毛内Ca2+流入が起こることが知られている。一方で「繊毛からの情報が細胞にどのように作用しているのか」というその下流の経路に関しては未解明なままである。
本研究では独自の顕微鏡技術を軸に、繊毛に入力された情報が、どのように細胞内の遺伝子発現や酵素活性変化などのシグナル活性を制御するかを明らかにする。

研究成果の概要

細胞の内と外との生体情報の伝達はさまざまな生命現象に必須であり、一次繊毛はその情報を受容する重要な細胞小器官である。一次繊毛では細胞外流れ刺激により、繊毛の膜に局在するチャネルが活性化されて、細胞内Ca2+流入が起こることが知られているが、その詳細な機構は未解明であった。
本研究では、培養細胞にフローを与えるハイスループットシステムによるスクリーニングと、繊毛内での1分子動態観察により、マウスノード不動繊毛において一次繊毛が向きを感知しているという、新たな機能を発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一次繊毛の異常は、繊毛病に総称される重篤な症状を引き起こすことが知られる。ほぼ全ての哺乳類細胞において一次繊毛が存在することが知られている一方で、繊毛の流れ刺激受容に関しては、技術的障壁から研究が進んでいない。
本研究において、一次繊毛の流れ刺激研究に適応可能な2つの技術開発 (①培養細胞にフローを与えるハイスループットシステム及び②繊毛内での1分子動態観察技術) により、今後の一次繊毛のメカノバイオロジー研究の進展が期待される。
さらに、ノード一次繊毛における向き感知機構の発見は、左右軸決定機構の異常に直結することから、内臓逆位や内臓錯位といった病態のメカニズム解明につながることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 7件、 招待講演 14件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] EPFL(スイス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Imperial College London(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] からだの左右軸決定におけるノード繊毛の機能2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 95 号: 5 ページ: 670-675

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2023.950670

    • ISSN
      0037-1017
    • 年月日
      2023-10-25
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biophysical Analysis of Mechanical Signals in Immotile Cilia of Mouse Embryonic Nodes Using Advanced Microscopic Techniques2023

    • 著者名/発表者名
      Katoh Takanobu、Omori Toshihiro、Ishikawa Takuji、Okada Yasushi、Hamada Hiroshi
    • 雑誌名

      BIO-PROTOCOL

      巻: 13 号: 14

    • DOI

      10.21769/bioprotoc.4715

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bicc1 ribonucleoprotein complexes specifying organ laterality are licensed by ANKS6-induced structural remodeling of associated ANKS32023

    • 著者名/発表者名
      Rothe Benjamin、Ikawa Yayoi、Zhang Zhidian、Katoh Takanobu A.、Kajikawa Eriko、Minegishi Katsura、Xiaorei Sai、Fortier Simon、Dal Peraro Matteo、Hamada Hiroshi、Constam Daniel B.
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 21 号: 9 ページ: e3002302-e3002302

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3002302

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical microscopic imaging, manipulation, and analysis methods for morphogenesis research2023

    • 著者名/発表者名
      Katoh Takanobu A、Fukai Yohsuke T、Ishibashi Tomoki
    • 雑誌名

      Microscopy

      巻: - 号: 3 ページ: 226-242

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfad059

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Immotile cilia mechanically sense the direction of fluid flow for left-right determination2023

    • 著者名/発表者名
      Katoh Takanobu A.、Omori Toshihiro、Mizuno Katsutoshi、Sai Xiaorei、Minegishi Katsura、Ikawa Yayoi、Nishimura Hiromi、Itabashi Takeshi、Kajikawa Eriko、Hiver Sylvain、Iwane Atsuko H.、Ishikawa Takuji、Okada Yasushi、Nishizaka Takayuki、Hamada Hiroshi
    • 雑誌名

      Science

      巻: 379 号: 6627 ページ: 66-71

    • DOI

      10.1126/science.abq8148

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Planar cell polarity?dependent asymmetric organization of microtubules for polarized positioning of the basal body in node cells2022

    • 著者名/発表者名
      Sai Xiaorei、Ikawa Yayoi、Nishimura Hiromi、Mizuno Katsutoshi、Kajikawa Eriko、Katoh Takanobu A.、Kimura Toshiya、Shiratori Hidetaka、Takaoka Katsuyoshi、Hamada Hiroshi、Minegishi Katsura
    • 雑誌名

      Development

      巻: - 号: 9 ページ: 200315-200315

    • DOI

      10.1242/dev.200315

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluid flow-induced left-right asymmetric decay of Dand5 mRNA in the mouse embryo requires a Bicc1-Ccr4 RNA degradation complex2021

    • 著者名/発表者名
      Minegishi Katsura、Rothe Benjamin、Komatsu Kaoru R.、Ono Hiroki、Ikawa Yayoi、Nishimura Hiromi、Katoh Takanobu A.、Kajikawa Eriko、Sai Xiaorei、Miyashita Emi、Takaoka Katsuyoshi、Bando Kana、Kiyonari Hiroshi、Yamamoto Tadashi、Saito Hirohide、Constam Daniel B.、Hamada Hiroshi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 4071-4071

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24295-2

    • NAID

      120007141958

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Angle change of the A-domain in a single SERCA1a molecule detected by defocused orientation imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Katoh Takanobu A.、Daiho Takashi、Yamasaki Kazuo、Danko Stefania、Fujimura Shoko、Suzuki Hiroshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 13672-13672

    • DOI

      10.1038/s41598-021-92986-3

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 精密3次元位置検出が拓く多様な分子モーター研究への新しいアプローチ2021

    • 著者名/発表者名
      NISHIZAKA Takayuki、KATOH Takanobu A.、NAKANE Daisuke
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 61 号: 6 ページ: 395-397

    • DOI

      10.2142/biophys.61.395

    • NAID

      130008120200

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2024

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      定量生物学の会 第11回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2024

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第129回日本解剖学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非 対称性を生み出すメカニカルな機構2024

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第8回 日本メカノバイオロジー学会 学術総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      分子モーター討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Katoh
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Australian Society of Biophysics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 先進的光学顕微鏡と超解像顕微鏡によって明らかになった、 体の左右軸を決定するノード不動繊毛の生物物理的メカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第75回日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する:非対称性を生み出す メカニカルな機構2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第13回繊毛研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する2023

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      第 61 回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Kato, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada
    • 学会等名
      第75回山田コンファレンス Origin of left-right asymmetry in animals
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Kato, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada
    • 学会等名
      Biophysical Society 67th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2023

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Kato, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada
    • 学会等名
      Cold Spring Harbor Asia Conference CILIA & CENTROSOMES
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Immotile cilia of the mouse node sense a fluid flow induced mechanical force for left-right symmetry breaking2022

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A. Katoh
    • 学会等名
      40th BSCB GenSoc UK Cilia Network e-symposium
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信, 大森 俊宏, 水野 克俊, 石川 拓司, 濱田 博司
    • 学会等名
      第55回日本発生生物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信 , 大森 俊宏 , 水野 克俊, 石川 拓司, 濱田 博司
    • 学会等名
      日本細胞生物学会 第74回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信*, 大森 俊宏, 水野 克俊, 板橋 岳志, 岩根 敦子, 石川 拓司, 岡田 康志, 西坂 崇之, 濱田 博司
    • 学会等名
      日本生物物理学会 第60回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2022

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Kato, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada
    • 学会等名
      19th International Congress of Developmental Biology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マウスノード不動繊毛は変形の向きを感知して左右軸を決定する: 非対称性を生み出すメカニカルな機構2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信, 大森 俊宏, 水野 克俊, 板橋 岳志, 岩根 敦子, 石川 拓司, 岡田 康志, 西坂 崇之, 濱田 博司
    • 学会等名
      日本分子生物学会 第45回年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mouse nodal immotile cilia sense bending direction for left-right determination: Mechanical regulation in initiation of symmetry breaking2022

    • 著者名/発表者名
      Takanobu A Kato, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Takeshi Itabashi, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada
    • 学会等名
      Cell Bio 2022-An ASCB|EMBO Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 左右軸決定における、マウスノード不動繊毛への機械刺激依存的なCerl2 mRNA分解の活性化2021

    • 著者名/発表者名
      加藤孝信、水野克俊、大森俊宏、石川拓司、濱田博司
    • 学会等名
      第11回 繊毛研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Defocus imaging法による SERCA1aの Aドメインの角度変化検出2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会 第47回討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 左右軸決定における、マウスノード不動繊毛への機械刺激依存的なCerl2 mRNA 分解の活性化2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信, 大森 俊宏, 水野 克俊, 石川 拓司, 濱田 博司
    • 学会等名
      日本生物物理学会 第59回年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 左右軸決定における、マウスノード不動繊毛への機械刺激依存的なCerl2 mRNA分解の活性化2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 孝信, 大森 俊宏, 水野 克俊, 石川 拓司, 濱田 博司
    • 学会等名
      第44回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] Takanobu A Katoh's Website

    • URL

      https://sites.google.com/view/katoh

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Takanobu A Katoh's Website

    • URL

      https://sites.google.com/view/

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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