核膜孔複合体が形成する液-液相分離の機能ダイナミクス

• 研究課題/領域番号: 21K19043
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分37:生体分子化学およびその関連分野
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: WONG W・R 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30464035)
• 研究分担者: 小林 亜紀子 金沢大学, 新学術創成研究機構, 特任助教 (00345662) ; 羽澤 勝治 金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (40622460) ; LIM KEE・SIANG 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (60842987)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 核膜孔複合体 / 核膜孔 / 液－液相分離 / 翻訳後修飾 / 相分離

研究開始時の研究の概要

本研究は、高次遺伝子発現システムの基盤となる核膜孔複合体(Nuclear Pore Complex; NPC)の作動原理の解明にむけて、NPCが確立する液-液相分離(Liquid-Liquid Phase Separation; LLPS)の状態・機能相関を明らかにする。LLPSとは2つの液体が混ざり合わずに、互いに排除しあうことにより2相に分離する現象のことである。細胞核の働きについて新しい概念を創出し、広範な生命機能現象と多くの疾病症メカニズムに対する根本的な理解を目指すものである。このように、本研究課題は、新規NPC-LLPS研究領域の展開に挑戦するものである。

研究成果の概要

本研究では、HS-AFMを使用し、核膜孔複合体（NPC）の内部構造バイオフィラメントのLLPSナノ動態を追跡することに成功しました。大腸がん細胞では、正常細胞と異なり、単一バイオフィラメントの厚みが不均一になり、バイオフィラメントの回転や動きが活発化し、がん細胞に特有のプラグ構造を積極的に形成することを発見しました。また、遺伝子干渉実験により、大腸がん細胞で過剰発現する特定のFG-NUPがバイオフィラメントの動態変化に影響していることを明らかにしました。これにより、NPC内部のLLPS環境の形成から消失までのバイオフィラメントの時空間的な振る舞いを初めて可視化することに成功しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

この研究は、数十年にわたって信じられてきた逆の結果を示し、NPC内のバイオフィラメントを追跡・操作することが可能になりました。この結果、がん細胞固有のバイオフィラメントの異常な動態と機能の相関を明らかにしました。これらの知見は、細胞内で様々な分子反応が起こるLLPS環境の物理的特性解析におけるHS-AFMの有用性を示すだけでなく、分子レベルでの核膜ダイナミクスの理解と制御に基づく新たながんの診断と治療法の開発に期待が持てます。

研究成果

• [雑誌論文] Nanoscopic Assessment of Anti-SARS-CoV-2 Spike Neutralizing Antibody Using High-Speed AFM. (2023)
  • 著者名/発表者名: Keesiang Lim, Goro Nishide, Elma Sakinatus Sajidah, Tomoyoshi Yamano, Yujia Qiu, Takeshi Yoshida, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Toshio Ando, Rikinari Hanayama, Richard W Wong
  • 雑誌名: Nano letters 巻: 23 号: 2 ページ: 619-628
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04270
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spatiotemporal tracking of small extracellular vesicle nanotopology in response to physicochemical stresses revealed by HS-AFM. (2022)
  • 著者名/発表者名: Elma Sakinatus Sajidah, Keesiang Lim, Tomoyoshi Yamano, Goro Nishide, Yujia Qiu, Takeshi Yoshida, Hanbo Wang, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Firli R P Dewi, Rikinari Hanayama, Toshio Ando, Richard W Wong
  • 雑誌名: Journal of extracellular vesicles 巻: 11 号: 11 ページ: 12275-12275
  • DOI: 10.1002/jev2.12275
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of Canonical Wnt Signaling Promotes Ex Vivo Maintenance and Proliferation of Hematopoietic Stem Cells in Zebrafish (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Koki、Yamamori Shiori、Hazawa Masaharu、Kobayashi-Sun Jingjing、Kondo Mao、Wong Richard W、Kobayashi Isao
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 40 号: 9 ページ: 831-842
  • DOI: 10.1093/stmcls/sxac044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of a Novel Aminocyclopropenone Compound That Inhibits BRD4-Driven Nucleoporin NUP210 Expression and Attenuates Colorectal Cancer Growth (2022)
  • 著者名/発表者名: Kondo Hiroya、Mishiro Kenji、Iwashima Yuki、Qiu Yujia、Kobayashi Akiko、Lim Keesiang、Domoto Takahiro、Minamoto Toshinari、Ogawa Kazuma、Kunishima Munetaka、Hazawa Masaharu、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cells 巻: 11 号: 3 ページ: 317-317
  • DOI: 10.3390/cells11030317
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NSP9 of SARS-CoV-2 attenuates nuclear transport by hampering nucleoporin 62 dynamics and functions in host cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Makiyama Kei、Hazawa Masaharu、Kobayashi Akiko、Lim Keesiang、Voon Dominic C.、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 586 ページ: 137-142
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.11.046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Millisecond dynamic of SARS‐CoV‐2 spike and its interaction with ACE2 receptor and small extracellular vesicles (2021)
  • 著者名/発表者名: Lim Keesiang、Nishide Goro、Yoshida Takeshi、Watanabe‐Nakayama Takahiro、Kobayashi Akiko、Hazawa Masaharu、Hanayama Rikinari、Ando Toshio、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Journal of Extracellular Vesicles 巻: 10 号: 14
  • DOI: 10.1002/jev2.12170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthetic zwitterions as efficient non-permeable cryoprotectants (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato Yui、Uto Takuya、Tanaka Daisuke、Ishibashi Kojiro、Kobayashi Akiko、Hazawa Masaharu、Wong Richard W.、Ninomiya Kazuaki、Takahashi Kenji、Hirata Eishu、Kuroda Kosuke
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 4 号: 1 ページ: 151-151
  • DOI: 10.1038/s42004-021-00588-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Activities of the Nuclear Pore Complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cells 巻: 10 号: 8 ページ: 2123-2123
  • DOI: 10.3390/cells10082123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A light-switching pyrene probe to detect phase-separated biomolecules (2021)
  • 著者名/発表者名: Hazawa Masaharu、Amemori Shogo、Nishiyama Yoshio、Iga Yoshihiro、Iwashima Yuki、Kobayashi Akiko、Nagatani Hirohisa、Mizuno Motohiro、Takahashi Kenji、Wong Richard W.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 8 ページ: 102865-102865
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102865
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Label-free tomographic imaging of nanodiamonds in living cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikliptikawati Dini Kurnia、Hazawa Masaharu、So Frederick T.-K.、Terada Daiki、Kobayashi Akiko、Segawa Takuya F.、Shirakawa Masahiro、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 118 ページ: 108517-108517
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2021.108517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] How SARS-CoV-2 and Other Viruses Build an Invasion Route to Hijack the Host Nucleocytoplasmic Trafficking System (2021)
  • 著者名/発表者名: Sajidah Elma Sakinatus、Lim Keesiang、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cells 巻: 10 号: 6 ページ: 1424-1424
  • DOI: 10.3390/cells10061424
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-Speed Atomic Force Microscopy Reveals Spatiotemporal Dynamics of Histone Protein H2A Involution by DNA Inchworming (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishide Goro、Lim Keesiang、Mohamed Mahmoud Shaaban、Kobayashi Akiko、Hazawa Masaharu、Watanabe-Nakayama Takahiro、Kodera Noriyuki、Ando Toshio、Wong Richard W.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 12 号: 15 ページ: 3837-3846
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c00697
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CDK8 maintains stemness and tumorigenicity of glioma stem cells by regulating the c-MYC pathway (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukasawa K, Kadota T, Horie T, Tokumura K, Terada R, Kitaguchi Y, Park G, Ochiai S, Iwahashi S, Okayama Y, Hiraiwa M, Yamada T, Iezaki T, Kaneda K, Yamamoto M, Kitao T, Shirahase H, Hazawa M, Wong RW, Todo T, Hirao A, Hinoi E.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: ー 号: 15 ページ: 2803-2815
  • DOI: 10.1038/s41388-021-01745-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nano assessment of how viruses seize host nuclear transport systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 新学術創成研究機構ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] Nano assessment of how viruses hijack host nuclear transport systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 15th NanoLSI Colloquium
  • 招待講演
• [学会発表] Nano imaging of genomic modality in nuclear pore territories (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 学術変革領域A 2022年度 ゲノムモダリティ領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] Nano imaging of nuclear pore dynamics in cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] クロススケール核膜孔内選択的分子輸送システムの解明とその破綻 (2022)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 学術変革領域A クロススケール新生物学 第２回領域会議
  • 招待講演
• [学会発表] 核膜孔テリトリーにおける動的ナノ構造と機能 (2021)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ウイルスの核膜孔への侵入経路を解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: Richard Wong
  • 学会等名: 第６回新学術創成研究機構シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] The epigenetic role of nucleoporin RAE1 in human breast cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Dini Kurnia Ikliptikawati, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Richard W.Wong
  • 学会等名: The 39th Sapporo International Cancer Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 核内相分離の制御を可能とする新規アミノシクロプロペノン化合物の発見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 寛弥、三代憲司、岩嶋友紀、Qiu Yujia、稲葉有香、小林亜紀子、Keesiang Lim、源利成、小川数馬、國嶋崇隆、羽澤勝治、Richard Wong
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] ヒストンH2A-DNAダイナミクスの実時空間イメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang Lim、小林亜紀子、羽澤勝治、稲葉有香、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard Wong
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 核膜孔複合体による転写制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩嶋友紀、羽澤勝治、Qiu Yujia、Dini Kurnia Ikliptikawati1、西 出 梧朗、小林 亜紀子、Lim Kee Siang、Richard Wong
  • 学会等名: 第39回染色体ワークショップ・第20回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] 核膜孔複合体による核膜近傍での転写制御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩嶋友紀、羽澤勝治、Qiu Yujia、Dini Kurnia Ikliptikawati、西出 梧朗、小林 亜紀子、Lim Kee Siang、Richard Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 上衣腫における核膜孔複合体タンパク質Tprの役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林亜紀子、Shabierjiang Jiapaer、Firli R.P. Dewi、羽澤勝治、Dini K. Ikliptikawati、Hartono、Hemragul Sabit、中田光俊、Richard Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] SARS-CoV-2由来タンパク質NSP9の宿主細胞における核膜輸送に及ぼす影響の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牧山 桂、羽澤 勝治、Richard W. Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] SARS-CoV-2由来ORF6は核膜孔複合体RAE1とNUP98の局在変化を引き起こす (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤弘毅、小林亜紀子、羽澤勝治、Richard W Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Optical Diffraction Tomography as Label-Free High-Resolution 3-D Imaging of Nanodiamonds in Cancer Cell (2021)
  • 著者名/発表者名: Dini Ikliptikawati, Masaharu Hazawa, Frederick So, Daiki Terada, Akiko Kobayahi, Takuya Segawa, Masahiro Shirakawa, Richard Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Molecular Dynamic of Coronavirus Spike Protein (2021)
  • 著者名/発表者名: Keesiang Lim, Goro Nishide, Takeshi Yoshida, Takahiro Watanabe-Nakayama, Akiko Kobayashi, Masaharu Hazawa, Rikinari Hanayama, Toshio Ando, Richard W. Wong
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 液-液相分離の動態解析を可能とする機能性蛍光プローブ (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽澤 勝治、雨森 翔悟、西山 嘉男、岩嶋 友紀、小林 亜紀子、永谷 広久、水野 元博、髙橋 憲司、ウォング リチャード
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Investigation of real-time dynamic histone H2A-DNA interaction and H2A-DNA condensation/de-condensation using high-speed AFM (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang LIM、小林亜紀子、羽澤勝治、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard WONG
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 高速AFMを用いたヒストンH2A-DNA実時空間イメージングによるヌクレオソーム凝縮プロセスとその環境の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang Lim、Mahmoud Shaaban Mohamed、小林亜紀子、羽澤勝治、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard Wong
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
• [学会発表] 新規アミノシクロプロぺノン化合物はBRD4依存的なNUP210の発現を阻害し、がん細胞の増殖を抑制する (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 寛弥、三代憲司、羽澤勝治、岩嶋友紀、小林亜紀子、小川数馬、Richard Wong
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] NUP153 drives oncogenic TP63 expression through liquid-liquid phase separation mediated gene-gating in squamous cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Hazawa, Takeshi Suzuki, Toshinari Minamoto, Richard Wong
  • 学会等名: 第80回 日本癌学会学術総会
• [学会発表] 高速 AFM によるヒストン H2A トポグラフィーとその DNA コンパクション時の時空間ダイナミクスの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang Lim、小林亜紀子、羽澤勝治、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard Wong
  • 学会等名: 第21回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Karyopherin-b1 regulates radioresistance in head and neck squamous cell carcinoma cell lines (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Hazawa, Richard Wong, Ikuo Kashiwakura, Hironori Yoshino
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第64回大会
• [学会発表] 核膜孔によるスーパーエンハンサーの局在・機能制御機序の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽澤 勝治、Richard Wong
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 高速 AFM を用いた DNA インチワーミングによるヒストン H2A ラッピング動態の実時空間イメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang Lim、小林亜紀子、羽澤勝治、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard Wong
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 新規アミノシクロプロペノン化合物は BRD4 依存的 NUP210 の発現を阻害し、がん細胞の増殖を抑制する (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 寛弥、三代憲司、羽澤勝治、岩嶋友紀、小林亜紀子、小川 数馬、Richard Wong
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部第 39 回大会
• [学会発表] SARS-CoV-2 構成タンパク質 NSP9 の宿主細胞内における動態・機能に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牧山桂、羽澤勝治、Richard Wong
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部第 39 回大会
• [学会発表] SARS-CoV-2由来ORF6は核膜孔複合体 RAE1とNUP98の局在変化を引き起こす (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤弘毅、小林亜紀子、羽澤勝治、Richard Wong
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部第 39 回大会
• [学会発表] 核膜孔複合体による Gene-gating 形成機序 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩嶋友紀、羽澤勝治、源利成、Richard Wong
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部第 39 回大会
• [学会発表] 高速 AFM を用いた DNA インチワーミングによるヒストン H2A ラッピング動態の実時空間イメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 西出梧朗、Keesiang Lim、Mahmoud Shaaban Mohamed、小林亜紀子、羽澤勝治、中山隆宏、古寺哲幸、安藤敏夫、Richard Wong
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部第 39 回大会
• [備考] http://fsowonglab.w3.kanazawa-u.ac.jp/sample3.html
• [備考] 世界初！高速AFMで新型コロナウイルス スパイクタンパク質の分子ナノ動態を可視化！
  • URL: https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/post-19834/
• [備考] DNAがシャクトリムシダンス？遺伝子が核に収納される第一歩の可視化に世界で初めて成功！
  • URL: https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/post-16592/
• [備考] 生体高分子の相分離環境を評価できる蛍光プローブの開発に成功！
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/rd/95286
• [備考] Richard Wong Laboratory
  • URL: http://fsowonglab.w3.kanazawa-u.ac.jp/
• [産業財産権] 蛍光プローブ、液相の極性及び粘性を評価する方法、並びに化合物 (2021)
  • 発明者名: 羽澤 勝治, ウォング リチャード ら
  • 権利者名: 羽澤 勝治, ウォング リチャード ら
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] 高速原子間力顕微鏡による細胞小器官の観察のための試料調製方法 (2021)
  • 発明者名: ウォング リチャード ら
  • 権利者名: ウォング リチャード ら
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 取得年月日: 2021