精子の遊泳制御におけるカルシウム調節機構の解明－アクチンの役割

• 研究課題/領域番号: 25291072
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 真行寺 千佳子 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80125997)
• 研究分担者: 北島 健 名古屋大学, 生物機能開発利用研究センター, 教授 (80192558)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2015年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2014年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2013年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 生体膜 / ラフト / カルシウム / 精子 / ウニ / 生体分子 / 生理学 / 細胞 / アクチン / 膜ラフト

研究成果の概要

ホヤやウニなどの走化性を示す精子に見られる遊泳方向の制御は、カルシウム濃度に依存した鞭毛運動の変化によって引き起こされる。しかし、膜タンパク質を介する細胞内カルシウム濃度の調節、およびカルシウムによる鞭毛運動の制御の機構はほとんど解明されていない。本研究では、カルシウム反応を「機械刺激により誘導」するという技術的ブレークスルーにより、遊泳する精子の挙動からカルシウム動態の高精度の推定を実現し、これに基づいてカルシウム排出に関わるタンパク質の機能には，ラフトの形成とアクチン繊維の存在が重要であることを示した。さらに，このラフトは、精子の遊泳条件では，鞭毛に沿って移動することを発見した。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of external strain on the regulation of microtubule sliding induced by outer arm dynein of sea urchin sperm flagella (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoke, H. and Shingyoji, C.
  • 雑誌名: J. Exp. Biol. 巻: 220 ページ: 1122-1134
  • DOI: 10.1242/jeb.147942
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diverse subcellular localizations of the insect CMP-sialic acid synthetases. (2017)
  • 著者名/発表者名: Wu D, Fujita A, Hamaguchi K, Delannoy P, Sato C, Kitajima K.
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 27 ページ: 329-341
  • DOI: 10.1093/glycob/cww128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of intronic single nucleotide polymorphisms (iSNPs) of a polysialyltransferase, ST8SIA2 gene found in psychiatric disorders on its gene products (2016)
  • 著者名/発表者名: Hane M, Kitajima K, Sato C.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 478 号: 3 ページ: 1123-1129
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.08.079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The AMOR arabinogalactan sugar chain induces pollen tube competency to respond to ovular guidance (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizukami A., Inatsugi R., Jiao J., Kotake T., Kuwata K., Ootani K, Okuda S., Sankaranarayanan S., Sato Y., Maruyama D., Iwai H., Garenaux E., Sato C., Kitajima K., Tsumuraya Y., Mori H., Yamaguchi J., Itami K., Sasaki N. and Higashiyama T.
  • 雑誌名: Curr. Biol. 巻: 26 号: 8 ページ: 1091-1097
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.02.040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Relationship between ST8SIA2, polysialic acid and its binding molecules, and psychiatric disorders. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato C, Hane M, Kitajima K.
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta. 巻: 1860 号: 8 ページ: 1739-1752
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2016.04.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynein arms are strain-dependent direction-switching force generators. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingyoji, C., Nakano, I., Inoue, Y. and Higuchi, H.
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 72 号: 8 ページ: 388-401
  • DOI: 10.1002/cm.21232
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery, primary, and crystal structures and capacitation-related properties of a prostate-derived heparin-binding protein WGA16 from boar sperm (2015)
  • 著者名/発表者名: Estelle Garenaux, Mayumi Kanagawa, Tomoyuki Tsuchiyama, Kazuki Hori, Takeru Kanazawa, Ami Goshima, Mitsuru Chiba, Hiroshi Yasue, Akemi Ikeda, Yoshiki Yamaguchi, Chihiro Sato, Ken Kitajima
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 9 号: 9 ページ: 5484-5501
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.635268
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapid trimming of cell surface polySia by exovesicular sialidase triggers release of preexisting surface neurotrophin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sumida M, Hane M, Yabe U, Shimoda Y, Pearce OM, Kiso M, Miyagi T, Sawada M, Varki A, KITAJIMA K, Sato C.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 290 号: 21 ページ: 13202-13214
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.638759
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sulfatide-Hsp70 interaction promotes Hsp70 clustering and stabilizes binding to unfolded protein. (2015)
  • 著者名/発表者名: Harada Y, Sato C, Kitajima K
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 5 号: 2 ページ: 958-973
  • DOI: 10.3390/biom5020958
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ganglioside contained in the neuronal tissue-enriched acidic protein of 22 kDa (NAP-22) fraction prepared from the detergent-resistant membrane microdomain of rat brain inhibits the phosphatase activity of calcineurin (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, Y. da Silva, R. Kumanogoh, H. Miyata, S. Sato, C. Kitajima, K. Nakamura, S. Morita, M. Hayashi, F. Maekawa, S.
  • 雑誌名: J Neurosci Res 巻: 93 号: 9 ページ: 1462-1470
  • DOI: 10.1002/jnr.23599
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protective effects of polysialic acid on proteolytic cleavage of FGF2 and proBDNF/BDNF. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hane M, Matsuoka S, Ono S, Miyata S, Kitajima K, and Sato C
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: Oct;25 号: 10 ページ: 1112-1124
  • DOI: 10.1093/glycob/cwv049
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Roles of plasma membrane modification in the regulation of intracellular calcium in sea urchin spermatozoa. (2017)
  • 著者名/発表者名: Izumi Nakano, Yuichi Inoue, Takeru Kanazawa, Chihiro Sato, Ken Kitajima, Kenichi Suzuki, Akihiko Kusumi, Chikako Shingyoji
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: The University of Tokyo Komaba Campus (Tokyo, Shibuya-ku)
  • 年月日: 2017-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of mechanical deformation on the sliding velocity of microtubules interacted with outer arm dyneins of sea urchin sperm flagella. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Fujiwara and Chikako Shingyoji
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions,
  • 発表場所: The University of Tokyo Komaba Campus (Tokyo, Shibuya-ku)
  • 年月日: 2017-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Light-induced Ca2+-dependent flagellar response of sperm in the presence of pyrenebutyrate. (2017)
  • 著者名/発表者名: Jittrapon Jirakulsomchok, Izumi Nakano, Chikako Shingyoji
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions,
  • 発表場所: The University of Tokyo Komaba Campus (Tokyo, Shibuya-ku)
  • 年月日: 2017-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Critical conditions in inducing flagellar responses by mechanical deformation in demembranated motionless sea urchin sperm at low ATP. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Izawa and Chikako Shingyoji
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions,
  • 発表場所: The University of Tokyo Komaba Campus (Tokyo, Shibuya-ku)
  • 年月日: 2017-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanical activity of dynein and its dynamical regulation underlying oscillatory movement of sperm flagella. (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Shingyoji, H. Yoke and Y. Izawa
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions,
  • 発表場所: The University of Tokyo Komaba Campus (Tokyo, Shibuya-ku)
  • 年月日: 2017-01-21
  • 国際学会
• [学会発表] Factors important for mechanical deformation induced cyclical bending in motionless sea urchin sperm flagella at low ATP concentrations. (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Izawa and C. Shingyoji
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology and The 87th Meeting of Zoological Society of Japan,
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa , Onna-son) and Okinawa Convention Center (Okinawa , Ginowan)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of mechanical deformation on the velocity of microtubule gliding movement induced by isolated outer arm dynein of sea urchin sperm flagella. (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Fujiwara and C. Shingyoji
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology and The 87th Meeting of Zoological Society of Japan,
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa , Onna-son) and Okinawa Convention Center (Okinawa , Ginowan)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Strain-sensitive regulation of mechanical activities of dyneins underlying oscillatory movement of sperm flagella. (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Shingyoji, H. Yoke, I. Nakano, Y. Inoue, H. Higuchi
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology and The 87th Meeting of Zoological Society of Japan,
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa , Onna-son) and Okinawa Convention Center (Okinawa , Ginowan)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Method to Induce Light-controlled Calcium-dependent Flagellar Responses in the Presence of Pyrenebutyrate in Sea Urchin Sperm. (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Jirakulsomchok, I. Nakano, C. Shingyoji
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology and The 87th Meeting of Zoological Society of Japan,
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa , Onna-son) and Okinawa Convention Center (Okinawa , Ginowan)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic roles of plasma membrane protein in the regulation of intracellular calcium in sea urchin spermatozoa. (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Nakano, Y. Inoue, T. Kanazawa, C. Sato, K. Kitajima, C. Shingyoji
  • 学会等名: The 22nd International Congress of Zoology and The 87th Meeting of Zoological Society of Japan,
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa , Onna-son) and Okinawa Convention Center (Okinawa , Ginowan)
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] Elusive Localization of the Insect CMP-sialic Acid Synthetases. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kitajima
  • 学会等名: The Sialoglyco 2016 conference
  • 発表場所: Santa Barbara, USA
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Glycan-mediated Interactions on Pig Sperm Lipid Rafts during Fertilization (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kitajima
  • 学会等名: APMC11 / MST33 / AAT39 Conference
  • 発表場所: Phuket, Thailand
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Present status and future prospects of deaminoneuraminic acid (KDN) biology at the 30th anniversary of discovery. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kitajima
  • 学会等名: Frontiers in Sialic Acid Research Conference: From Structural Diversity to Functional Glycobiology
  • 発表場所: Bad Lauterberg, Germany
  • 年月日: 2016-04-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Why does sialic acid deficiency cause the embryonic lethality in medaka fish, Oryzias latipes? (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Kitajima
  • 学会等名: Glycoscience Japan- The Netherlands Joint Seminar 2016
  • 発表場所: Leiden, The Netherlands
  • 年月日: 2016-04-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低濃度ATP中で動いていないウニ精子鞭毛に機械的変形により誘導される鞭毛反応の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊澤寧秀，真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] ウニ精子鞭毛外腕ダイニンによる微小管滑り運動の制御に対する外力の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 餘家 博，真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] ウニ精子の運動制御における細胞膜脂質ラフトの役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野 泉，井上裕一，鈴木健一，楠見明弘，真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第86回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] Mechanical activity of dynein and its dynamical ordering underlying oscillatory movement of sperm flagella (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingyoji, C.
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: 志摩市（合歓の郷）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] ウニ精子鞭毛ダイニン分子の出す力の特性と外力の効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 真行寺千佳子、中野 泉、井上裕一、樋口秀男
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 仙台市（東北大学）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] ウニ精子のカルシウム依存性鞭毛運動制御における脂質ラフト形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野 泉、井上裕一、金澤 尊、北島 健、真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 仙台市（東北大学）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] ウニの体のミクロな世界 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡辺友美、藤原貴史、真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第85回大会
  • 発表場所: 仙台市（東北大学）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] ウニ精子の機械刺激反応における細胞内カルシウムの役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中野泉、西出功、真行寺千佳子
  • 学会等名: 日本動物学会第84回大会
  • 発表場所: 岡山市（岡山大学）
• [学会発表] Mechanical activity of dynein and its regulation underlying oscillatory movement of sperm flagella. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shingyoji, C.
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2013
  • 発表場所: Kobe (Orbis Hall)
  • 招待講演
• [学会発表] The role of intracellular calcium in the regulation of flagellar response to mechanical stimulation in sea urchin spermatozoa. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakano, I., Nishide, I., Shingyoji, C.
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2013
  • 発表場所: Kobe (Orbis Hall)
• [学会発表] Effects of tail binding on the ATPase activity and motile activity in outer arm dyneins of sea urchin sperm flagella. (2013)
  • 著者名/発表者名: Wada, M., Shingyoji, C.
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2013
  • 発表場所: Kobe (Orbis Hall)
• [学会発表] Effects of mechanical deformation on the initiation of beating in sea urchin sperm flagella. (2013)
  • 著者名/発表者名: Izawa, Y., Shingyoji, C.
  • 学会等名: International Workshop Dynein 2013
  • 発表場所: Kobe (Orbis Hall)
• [図書] Muscle Contraction and Cell Motility: Fundamentals and Developments (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Shingyoji
  • 総ページ数: 447
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] Methods in Enzymology, vol. 524, Cilia Part A (edited by Wallace F. Marshall) (2013)
  • 著者名/発表者名: Shingyoji, C.
  • 総ページ数: 397
  • 出版者: Academic Press, UK
• [備考] 進化細胞生物学研究室 研究内容
  • URL: http://www.biol.s.u-tokyo.ac.jp/users/hikaku/research/index.html