協調的アメーバ運動を司る局所的膜電位ゆらぎの計測

• 研究領域: 運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性
• 研究課題/領域番号: 15H01335
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 森本 雄祐 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (50631777)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 細胞運動 / 膜電位 / 蛍光イメージング / モータータンパク質 / 光遺伝学

研究実績の概要

本研究課題では、細胞性粘菌などで見られるアメーバ運動において、局所的な膜電位変化が効率的な細胞運動とどのように関係しているかを分子レベルで明らかにすることを目的とし、膜電位の高時空間分解能イメージングにより、１細胞局所での自発的な膜電位ゆらぎの計測を行うことができる実験系の確立を目指した。これまでの研究によって、細胞性粘菌の自発的な膜電位変化を１細胞レベルで高感度に計測することが可能なイメージング手法を確立している。さまざまな細胞内イオン濃度と膜電位を同時計測することにより、膜電位変化に関わるイオンの特定にも至っている。また、オプトジェネティクスを応用した光操作手法を用いて自発的膜電位変化に関与している細胞内イオン濃度を制御することで、膜電位を人為的に操作することが可能となっている。光操作した膜電位変化に追従して細胞運動が変化することから、膜電位変化と細胞運動が直接的に関係していることが明らかとなってきている。本研究課題で開発や改良を行なった高感度での膜電位や細胞内イオンのイメージング手法は、広くさまざまな細胞に応用できることを目指しており、領域内の共同研究としてバクテアべん毛Ⅲ型輸送装置のイオン透過活性や（Minamino et al., 2016）、タンパク質の膜透過に働くSecDFのプロトン等活性の測定なども行なっている（Frukawa et al., 2017）。今後も、さまざまな研究対象に本研究の成果を適用していこうと考えている。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Measurements of free-swimming speed of motile Salmonella cells in liquid media (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2093
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bacterial intracellular sodium ion measurement using CoroNa Green (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2092
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stoichiometry and turnover of the stator and rotor (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1593 ページ: 203-213
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6927-2_16
  • ISBN: 9781493969265, 9781493969272
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Straight and rigid flagellar hook made by insertion of the FlgG specific sequence into FlgE (2017)
  • 著者名/発表者名: Koichi D. Hiraoka, Yusuke V. Morimoto, Yumi Inoue, Takashi Fujii, Tomoko Miyata, Fumiaki Makino, Tohru Minamino, Keiichi Namba
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 7 号: 1 ページ: 46723-46723
  • DOI: 10.1038/srep46723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tunnel Formation Inferred from the I-Form Structures of the Proton-Driven Protein Secretion Motor SecDF (2017)
  • 著者名/発表者名: Arata Furukawa, Kunihito Yoshikaie, Takaharu Mori, Hiroyuki Mori, Yusuke V. Morimoto, Yasunori Sugano, Shigehiro Iwaki, Tohru Minamino, Yuji Sugita, Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 19 号: 5 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.04.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution pH imaging of living bacterial cell to detect local pH differences (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: mBio 巻: 7 号: 6
  • DOI: 10.1128/mbio.01911-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Domain-swap polymerization drives the self-assembly of the bacterial flagellar motor (2016)
  • 著者名/発表者名: Matthew A.B. Baker, Robert M.G. Hynson, Lorraine A. Ganuelas, Nasim Shah Mohammadi, Chu Wai Liew, Anthony A. Rey, Anthony P. Duff, Andrew E. Whitten, Cy M. Jeffries, Nicolas J. Delalez, Yusuke V. Morimoto, Daniela Stock, Judith P. Armitage, Andrew J. Turberfield, Keiichi Namba, Richard M. Berry and Lawrence K. Lee
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 23 号: 3 ページ: 197-203
  • DOI: 10.1038/nsmb.3172
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The bacterial flagellar type III export gate complex is a dual fuel engine that can use both H+ and Na+ for flagellar protein export (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Morimoto YV, Hara N, Aldridge PD, Namba K
  • 雑誌名: PLoS Pathog 巻: 12 号: 3 ページ: e1005495-e1005495
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1005495
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] FliH and FliI ensure efficient energy coupling of flagellar type III protein export in Salmonella. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Kinoshita M, Inoue Y, Morimoto YV, Ihara K, Koya S, Hara N, Nishioka N, Kojima S, Homma M, Namba K
  • 雑誌名: Microbiologyopen 巻: - 号: 3 ページ: 340-340
  • DOI: 10.1002/mbo3.340
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] H+ and Na+ are involved in flagellar rotation of the spirochete Leptospira. (2015)
  • 著者名/発表者名: Islam MS, Morimoto YV, Kudo S, Nakamura S
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 466 号: 2 ページ: 196-200
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.09.004
  • 査読あり
• [学会発表] 細胞の集団運動に関わる電気化学ポテンシャル変化の 高感度イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 日本物理学会第72 回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス、大阪府豊中市
  • 年月日: 2017-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] DETECTION OF LOCAL PH DIFFERENCES IN LIVING BACTERIAL CELL BY HIGH-RESOLUTION PH IMAGING (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 学会等名: BLAST XIV
  • 発表場所: Royal Sonesta Hotel, New Orleans, LA, USA
  • 年月日: 2017-01-16
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞機能に関わる細胞内pHの計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５４回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • 年月日: 2016-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] cAMPシグナルリレーにおける膜電位変化の計測と制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５４回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場、茨城県つくば市
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] 細胞性粘菌における膜電位の計測と制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 日本細胞性粘菌学会第６回例会
  • 発表場所: 上智大学、東京都千代田区
  • 年月日: 2016-10-15
• [学会発表] バクテリア１細胞内における局所pH差の計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐, 上池伸徳, 宮田知子, 川本晃大, 加藤貴之, 難波啓一, 南野徹
  • 学会等名: 研究会「理論と実験」２０１６
  • 発表場所: 広島大学、広島県東広島市
  • 年月日: 2016-10-07
• [学会発表] 協調的アメーバ運動を司る局所的膜電位ゆらぎの計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」第４回領域全体会議
  • 発表場所: 長崎大学良順会館、長崎県長崎市
  • 年月日: 2016-06-10
• [学会発表] 単細胞・多細胞における高感度細胞内シグナルイメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 新学術領域「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性」第４回領域全体会議
  • 発表場所: 長崎大学良順会館、長崎県長崎市
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会発表] 細胞性粘菌における多細胞動態イメージング (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: The 2nd RIKEN Quantitative and Developmental Biology Joint Workshop
  • 発表場所: 理化学研究所（神戸キャンパス）、兵庫県神戸市
  • 年月日: 2016-04-19
  • 招待講演
• [学会発表] 走化性シグナル伝達に伴う自発的膜電位変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 理研シンポジウム「細胞システムの動態と論理VIII」
  • 発表場所: 理化学研究所（和光キャンパス）、埼玉県和光市
  • 年月日: 2016-04-15
• [学会発表] 自発的膜電位変化を伴う走化性シグナル伝達 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 2016年 生体運動合同班会議
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 細胞性粘菌におけるシグナル伝達と膜電位変化の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５回日本細胞性粘菌学会例会
  • 発表場所: 弘前大学文京町地区キャンパス（青森県弘前市）
  • 年月日: 2015-10-11
• [学会発表] High-sensitivity fluorescence imaging of membrane potential in Dictyostelium (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 細胞内局所pHと細胞機能の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2015-04-20
• [備考] 細胞内生体ナノマシン近傍のpH計測が可能に
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/events/achievement/namba-20161206/