細胞膜上マクロ構造体の形成と機能の機構：１分子イメジングによる解明

• 研究課題/領域番号: 24247029
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 楠見 明弘 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (50169992)
• 研究分担者: 笠井 倫志 京都大学, 再生医科学研究所, 助教 (20447949)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,930千円 (直接経費: 36,100千円、間接経費: 10,830千円); 2014年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2013年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円); 2012年度: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円)
• キーワード: 細胞生物物理 / 1分子計測・操作 / メゾスコピック系 / 生体分子 / 細胞膜の動的構造

研究成果の概要

細胞膜上には、直径が500nmを超えるマクロ構造体が多数存在し、重要な機能を果たしている。本研究では、接着斑とシナプスをとりあげ、微細構造と、形成・分解の制御機構を比較検討した。世界をリードする生細胞1分子観察法を用いて、構成分子の動態を直接に可視化した。その結果、これらの構造体は、今まで信じられていたようなタンパク質の巨大集積体ではなく、100nm未満の直径を持つ小さな島のようなタンパク質集合体が、同程度の隙間をあけて集まってできる『群島』構造をとっているということがわかった。また島の間の海峡は、細胞膜のバルク領域と同様、アクチン骨格によってコンパートメントされていることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Tracking single molecules at work in living cells (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi, T. A. Tsunoyama, K. M. Hirosawa, R. S. Kasai, and T. K. Fujiwara
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 10 号: 7 ページ: 524-532
  • DOI: 10.1038/nchembio.1558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast diffusion of a fiuorescent cholesterol analog in compartmentalized plasma membranes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiramoto-Yamaki N, Tanaka KA, Suzuki KG, Hirosawa KM, Miyahara MS, Kalay Z, Tanaka K, Kasai RS, Kusumi A, Fujiwara TK.
  • 雑誌名: Traffic 巻: 15(In Press)(5月号) 号: 6 ページ: 583-612
  • DOI: 10.1111/tra.12163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biocompatible fluorescent silicon nanocrystals for single-molecule tracking and fluorescence imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura H, Ritchie K, Kasai RS, Morone N, Sugimura H, Tanaka K, Sase I, Yoshimura A, Nakano Y, Fujiwara TK, and Kusumi A
  • 雑誌名: J Cell Biol. 巻: 202 号: 6 ページ: 967-83
  • DOI: 10.1083/jcb.201301053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule imaging of receptor-receptor interactions (2013)
  • 著者名/発表者名: K. G. Suzuki, R. S. Kasai, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Methods Cell Biol. 巻: 117 ページ: 373-390
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-408143-7.00020-7
  • ISBN: 9780124081437
  • 査読あり
• [雑誌論文] 接着斑の群島構造モデルと形成機構－1分子イメジングによる解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田明裕、楠見明弘
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 64(3) ページ: 232-238
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超高速・超解像１蛍光分子顕微鏡 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤原敬宏、笠井倫志、楠見明弘
  • 雑誌名: 現代化学 巻: 508 ページ: 50-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] 新ラフト仮説：細胞膜ラフトによるシグナル伝達機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一、楠見明弘
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53(6) ページ: 295-300
  • NAID: 10031203604
  • 査読あり
• [雑誌論文] １分子イメージングによる細胞膜シグナル変換機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘、鈴木健一、藤原敬宏、笠井倫志
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 64(6) ページ: 539-544
  • 査読あり
• [雑誌論文] ABCA1 dimer-monomer interconversion during HDL generation revealed by single-molecule imaging. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nagata, K., O., Nakada, C.,, Kasai, R. S.,Kusumi, A. and Ueda, K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 110 号: 13 ページ: 5034-5039
  • DOI: 10.1073/pnas.1220703110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Racl recruitment to the archipelago structure of the focal adhesion through the fluid membrane as revealed by single-molecule analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: A. C. E. Shibata, L. H. Chen, R. Nagai, F. Ishidate, R. Chadda, Y. Miwa, K. Naruse, Y. M. Shirai, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 70 号: 3 ページ: 161-177
  • DOI: 10.1002/cm.21097
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raf inhibitors target Ras spatiotemporal dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: K. J. Cho, R. S. Kasai, J. H. Park, S. Chigurupati, S. J. Heidorn, D. van der Hoeven, S. J. Plowman, A. Kusumi, R. Marais, and J. F. Hancock
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 22 号: 11 ページ: 945-955
  • DOI: 10.1016/j.cub.2012.03.067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Archipelago architecture of the focal adhesion: Membrane molecules freely enter and exit from the focal adhesion zone (2012)
  • 著者名/発表者名: A. C. E. Shibata, T. K. Fujiwara, L. Chen, K. G. N. Suzuki, Y. Ishikaia, Y. L. Nemoto, Y. Miwa, Z. Kalay, R. Chadda, K. Naruse, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 69 号: 6 ページ: 380-392
  • DOI: 10.1002/cm.21032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient GPI-anchored protein homodimers are units for raft organization and function (2012)
  • 著者名/発表者名: K. G. N. Suzuki, R. S. Kasai, K. M. Hirosawa, Y. L. Nemoto, M. Ishibashi, Y. Miwa, T. K. Fujiwara, and A. Kusumi
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 8 号: 9 ページ: 774-783
  • DOI: 10.1038/nchembio.1028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cholesterol modulates cell signaling and protein networking by specifically interacting with PDZ domain-containing scaffold proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Sheng, Y. Chen, H.Y. Gee, E. Stec, H.R. Melowic, N.R. Blatner, M.P. Tun, Y. Kim, M. Kallberg, T.K. Fujiwara, J.H. Hong, K.P. Kim, H. Lu, A. Kusumi, M.G. Lee, and W. Cho
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 3 号: 1 ページ: 1249-1249
  • DOI: 10.1038/ncomms2221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Membrane mechanisms for signal transduction : The coupling of the meso-scale raft domains to membrane-skeleton-induced compartments and dynamic protein complexes (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Kusumi, T.K.Fujiwara, N.Morone, K.J.Yoshida, R.Chadda, M.Xie, R.S.Kasai, K.G.N.Suzuki
  • 雑誌名: Semin.Cell.Dev.Biol. 巻: 23(2) 号: 2 ページ: 126-144
  • DOI: 10.1016/j.semcdb.2012.01.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic organizing principles of the plasma membrane that regulate signal transduction : commemorating the fortieth anniversary of Singer and Nicolson's fluid-mosaic model. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kusumi A, Fujiwara TK, Chadda R, Xie M, Tsunoyama TA, Kalay Z, Kasai RS, Suzuki KG.
  • 雑誌名: Annual review of cell and developmental biology 巻: 28 号: 1 ページ: 215-50
  • DOI: 10.1146/annurev-cellbio-100809-151736
  • 査読あり
• [雑誌論文] An MBoC Favorite: Gangliosides GM1 and GM3 in the living cell membrane form clusters susceptible to cholesterol depletion and chilling (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell. 巻: 23 号: 20 ページ: 3925-3925
  • DOI: 10.1091/mbc.e12-02-0159
  • 査読あり
• [学会発表] Plasma membrane domain mechanisms for signal transduction as revealed by single-molecule tracking (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: 2014 Symposium in Chemical Biology
  • 発表場所: Swiss National Centre of Competence in Research (NCCR) Chemical Biology (Lausanne, Switzerland）
  • 年月日: 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] Basic unit rafts for raft formation and function as revealed by single-molecule tracking (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: Annual meeting of the Korean Society for Molecular and Cell Biology (KSMCB) 2014
  • 発表場所: COEX (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2014-10-22
  • 招待講演
• [学会発表] Organizing principles of the plasma membrane for signal transduction as revealed by single-molecule tracking (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: ComBio 2014
  • 発表場所: National Convention Centre Canberra (Canberra, Australia）
  • 年月日: 2014-10-01
  • 招待講演
• [学会発表] Unit raft mechanism for signal transduction revealed by single-molecule tracking (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: Biomembrane Days 2014
  • 発表場所: Harnack House of the Max Planck Society (Berlin, Germany)
  • 年月日: 2014-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] Membrane mechanisms as revealed by single-molecule tracking in living cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: The Biennial British Biophysical Society Conference
  • 発表場所: Univeristy of Warwick (Coventry, U.K.)
  • 年月日: 2014-07-10
  • 招待講演
• [学会発表] Membrane mechanisms: Concerted action of membrane domains for signal transduction in the plasma membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: 8th IUPAP International Conference on Biological Physics
  • 発表場所: Institute of Physics (IOP), Chinese Academy of Sciences (CAS) (Beijing, China)
  • 年月日: 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Hypothesis of unit rafts as organizers of the meso-scale domain structure and function in the plasma membrane
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: Diffusion Fundamentals V "Basic Principles of Diffusion Theory, Experiment and Application"
  • 発表場所: Leipzig University （ドイツ）
  • 招待講演
• [学会発表] Unit raft hypothesis: a proposition based on advanced single-molecule imaging results
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: Engineering Life 2013 Symposium "Bio-molecular principles for novel methods and materials"
  • 発表場所: Hotel INNSIDE Dresden（ドイツ）
  • 招待講演
• [学会発表] Short-lived homodimer rafts of GPI-anchored proteins and glycolipids as basic units for organization and operation of raft microcompartments
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: International Symposium on Cellular Microcompartments
  • 発表場所: University of Osnabruck（ドイツ）
  • 招待講演
• [学会発表] Hierarchical and dynamic organization of the plasma membrane for signal transduction revealed by single-molecule tracking
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: Departmental Seminar, Dept. of Chemistry and Dept. of Biology, King's College London
  • 発表場所: King's College London（イギリス）
  • 招待講演
• [学会発表] Hierarchical and dynamic organization of the plasma member for signal transduction as revealed by single-molecule tracking
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kusumi
  • 学会等名: The 14th Hunter Meeting
  • 発表場所: Sebel Kirkton Park Hunter Valley（オーストラリア）
  • 招待講演
• [学会発表] Organizing principles of the plasma membrane: Three-tiered hierarchical meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: CLS (Peking University)-iCeMS (Kyoto University) Joint Symposium
  • 発表場所: 北京大学（中国）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜上の特別なドメインの形成機構と機能
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第27回動物細胞工学シンポジウム 「細胞表面の理解と応用」
  • 発表場所: 東京工業大学キャンパスイノベーションセンター（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子毎に見て細胞膜がはたらく仕組みを解く
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 京都大学 再生医科学研究所 第7回 公開講演会 「分子から細胞さらに再生医療へ」
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Organizing principles of the plasma membrane: Three-tiered hierarchical meso-scale domain architecture revealed by single-molecule tracking
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: Joint Summer Research School in Nanomedicine
  • 発表場所: 慶応義塾大学（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] 受容体ホモダイマーによるラフト機能創出：1分子イメジングによる研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第21回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Transient GPI-anchored protein homodimer rafts are basic units for raft organization and function: single-molecule imaging study
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: Departmental Seminar, National Centre for Biological Sciences
  • 発表場所: National Centre for Biological Sciences（インド）
  • 招待講演
• [学会発表] Transient GPI-anchored protein homodimer rafts are basic units for raft organization and function
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: The Biophysical Society (U.S.) Thematic Meeting "Lipid-protein Interactions in Membranes: Implications for Health and Disease"
  • 発表場所: Centre for Cellular and Molecular Biology（インド）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜の階層メゾドメイン構造とシグナル変換制御機構：1分子イメージングによる研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic organizing principles of the plasma membrane that regulate signal transduction: single-molecule tracking studies
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: Departmental Seminar, Dept. of Physiology, University of Otago
  • 発表場所: University of Otago（ニュージーランド）
  • 招待講演
• [学会発表] ラフト機能と構造の基本単位として働くGPIアンカー型受容体ホモダイマーラフト：1分子イメージングによる研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜シグナル伝達を担うメゾスケールドメイン構造：1分子イメージング解析による研究
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 大阪大学 蛋白質研究所 セミナー ｢シグナル伝達と解析技術のあらたな潮流｣
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] First steps to raft formation as revealed by single-molecule tracking: transient GPI-anchored protein homodimer rafts are basic units for raft organization and function
  • 著者名/発表者名: A. Kusumi
  • 学会等名: RSC Publishing-iCeMS Joint International Symposium "Cell-Material Integration and Biomaterials Science"
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 招待講演
• [学会発表] ラフト形成と機能のための細胞の第一歩
  • 著者名/発表者名: 楠見明弘
  • 学会等名: 第86回 日本薬理学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 招待講演