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I型ミオシンを根源とする細胞のキラリティによる器官の左右非対称性形成機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2192
補助金の研究課題番号 22J20544 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分44020:発生生物学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

山口 明日香  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードショウジョウバエ / 左右非対称性 / キラリティ / ミオシン / 細胞骨格 / 発生生物学
研究開始時の研究の概要

ショウジョウバエ胚の後腸は個体差の無い左右非対称性を示し、その構造は後腸上皮細胞が左右非対称な形態をとる(キラリティを示す)ことで形成される。アクチンフィラメントのモータータンパク質I型ミオシンMyoIDとMyoICは、後腸と細胞のキラリティを、それぞれ野生型、鏡像型に決定する。本研究では、これらのI型ミオシンによるキラリティ決定の分子機構を解明するため、アクチンフィラメントに結合するミオシンの構造モチーフに着目した。MyoIDとMyoICの間で各種モチーフを入れ替え、後腸と細胞のキラリティ決定の活性が入れ替わるか検証を行い、細胞・器官の階層的キラリティ形成を担うミオシンのモチーフを探索する。

研究実績の概要

2022年度では、後腸の捻転方向に関して、MyoID(Myo31DF)による野生型形態(右手型)、およびMyoIC(Myo61F)による鏡像型形態(左手型)を決定する、ミオシンの構造上の領域を同定することを目的とし、MyoICのアクチン結合領域であるループ構造が後腸の鏡像型形態の決定に十分な領域であることが示唆された。2023年度では、このループ構造によるF-アクチン動態の変化を、ショウジョウバエ血球細胞を用いて解析した。後腸上皮細胞のF-アクチン動態を経時的に観察することは非常で困難であるが、幼虫から採取し体外培養できる血球細胞は、明瞭なF-アクチンのレトログレードフローを示し、F-アクチンによる細胞キラリティ形成の解析に優れている。先行研究から、オプティカルフロー解析を用いることで、野生型において、レトログレードフローに時計回り(右手型)の指向性があること、さらにMyoID突然変異体及びMyoIC過剰発現体で反時計回り(左手型)の指向性があることが明らかになった。以上より、MyoIDとMyoICは、後腸におけるのと同様に、血球細胞のF-アクチン動態のキラリティを制御することが示された。そこで、MyoIDのループ構造をMyoICのものに入れ替えたキメラミオシンを、血球細胞で過剰発現させることで、MyoICのループ構造が血球細胞の左手型のキラリティ形成に十分な領域であるかを調べた。結果、このキメラミオシンは、MyoIC過剰発現体と同様に、F-アクチン回転を左手型にすることが明らかになった。以上の結果より、MyoICのループ構造は、後腸および血球細胞の左手型キラリティ形成に十分であることが示唆された。本研究から、I型ミオシンによるループ構造を介したF-アクチンのキラルな動態制御は、器官および細胞の各階層におけるキラリティ形成において重要であることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
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

2022年度では、MyoICのアクチン結合領域であるループ構造が後腸の鏡像型形態の決定に十分な領域であることが示唆された。しかしMyoIDのループ構造は、後腸の野生型形態の決定に十分ではないことが分かった。2023年度では、ループ構造を含む2つのサブドメインU50K、L50Kに着目し、MyoIDとMyoICの間でサブドメインを交換させ、後腸のキラリティ決定能も入れ替わるか検証を行った。結果、MyoIDのU50K、L50Kの両方で、後腸野生型形態決定に十分であることが示唆された。以上の結果より、MyoIC、MyoIDそれぞれの後腸キラリティ決定能に十分な領域を同定することに成功した。さらに、これら同定した領域が、細胞内F-アクチンのキラルな動態の制御にも重要であるかを検証した。2023年度では、MyoICのループ構造が、後腸だけでなく細胞内F-アクチン動態におけるMyoICの鏡像型形態(左手型)決定機能に十分であることを明らかにした。以上から、MyoICのループ構造を根源としたF-アクチンのキラルな動態を根源とした、器官および細胞の階層縦断的なキラリティ決定機構が示唆された。MyoIDのサブドメインについては、未検証していないので今後行っていきたい。以上より当初の計画通りの結果が得られたことから、全体としておおむね順調に進捗した。

今後の研究の推進方策

今回同定した構造領域が、MyoID、MyoICのそれぞれの野生型形態、鏡像型形態決定機能に十分であることを、ショウジョウバエの左右非対称性を示す他器官でも確かめる予定である。MyoID、MyoICは、後腸だけでなくオスの生殖器、精巣の左右非対称性を野生型、鏡像型形態に決定することが知られている。そこで、MyoID、MyoICの間で構造領域を交換させたキメラミオシンを、生殖器および精巣で発現させ、後腸と同様にキラリティ決定機能を調べたい。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Left-right Myosin-Is, Myosin1C, and Myosin1D exhibit distinct single molecule behaviors on the plasma membrane of Drosophila macrophages2024

    • 著者名/発表者名
      Utsunomiya Sosuke、Takebayashi Kazutoshi、Yamaguchi Asuka、Sasamura Takeshi、Inaki Mikiko、Ueda Masahiro、Matsuno Kenji
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 29 号: 5 ページ: 380-396

    • DOI

      10.1111/gtc.13110

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Identification of protein domains that bear information dictating the left-right asymmetry of Drosophila embryonic gut in type I myosin proteins2023

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Causal association between myosin-induced chiral rotation of F-actin in vitro and left-right asymmetric organogenesis in vivo2023

    • 著者名/発表者名
      Yui Akano, Asuka Yamaguchi, Ginjiro Endo, Kohei Yoshimura, Takeshi Haraguchi, Mikiko Inaki, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      56回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ショウジョウバエI型ミオシンにおいて細胞から器官までの左右非対称性を決定するタンパク質モチーフの同定2023

    • 著者名/発表者名
      山口 明日香, 笹村 剛士, 吉村 孝平, 前田知那美, 原口武士, 伊藤 光二, 松野健治, ショウジョウバエI型ミオシンにおいて細胞から器官までの左右非対称性を決定するタンパク質モチーフの同定
    • 学会等名
      第46回分子生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ミオシンによるin vitro F-アクチン回転運動とin vivo細胞キラリティの関連に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      Yui Akano,Kohei Yoshimura,Sosuke Utsunomiya,Asuka Yamaguchi,Takeshi Haraguchi,Kohji Ito,Kenji Matsuno
    • 学会等名
      第46回分子生物学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Identification of the protein motifs in type I myosins dictating the left-right asymmetry of the embryonic gut in Drosophila2023

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      Yamada Conference LXXV Origin of left‐right asymmetry in animals
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of the motifs in left-right Myosin I proteins dictating the handedness of the embryonic gut in Drosophila2022

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      55回日本発生生物学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Identification of motifs in Drosophila left-right Myosin I proteins dictating the handedness of the embryonic gut2022

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      第15回日本ショウジョウバエ研究集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Identification of the protein motifs in type I myosins dictating the left-right asymmetry of the embryonic gut in Drosophila2022

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      3rd FRANCO-JAPANESE Developmental Biology meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of protein motifs in MyosinIC and MyosinID responsible for left-right asymmetry of the hindgut in Drosophila2022

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi
    • 学会等名
      2022 NTHU-OU Virtual Symposium on Biological and Medical Sciences
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of protein motifs in MyosinIC and MyosinID responsible for left-right asymmetry of the hindgut in Drosophila2022

    • 著者名/発表者名
      Asuka Yamaguchi, Takeshi Sasamura, Kohei Yoshimura, Chinami Maeda, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Kenji Matsuno
    • 学会等名
      9th World Congress of Biomechanics 2022 Taipei
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 研究室ウェブサイト

    • URL

      https://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/bio_web/lab_page/matsuno/paper.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 大阪大学ウェブサイト

    • URL

      https://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/info/13462/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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