細胞質流動から迫る細胞質におけるゆらぎから構造が生じるメカニズム

• 研究領域: ゆらぎと構造の協奏：非平衡系における普遍法則の確立
• 研究課題/領域番号: 16H00816
• 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: 理工系
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 木村 暁 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (10365447)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017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); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016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: 線虫 / 自己組織化 / フィードバック制御 / ゆらぎ / 微小管 / 細胞質流動 / モータータンパク質

研究実績の概要

細胞質流動は細胞内で細胞質全体が流れるように移動する集団的な現象である。本研究課題では、流動場が自発的に形成される３つのタイプ（Circulation型、Saltation型、Rotation型）の細胞質流動を統一的に「ゆらぎと構造の協奏」のコンセプトから説明するモデルを構築する。そして、その妥当性を実験的に検証することを目的とする。本研究では線虫(C. elegans)の「減数分裂時細胞質流動(MeiCS)」に着目して研究をすすめた。昨年度末までに３つのタイプを説明するモデルの構築と、流動の原動力を発生する微小管の長さを制御することによってCirculation型からRotation型への変換が起こることを実験的に検証できた(Kimura K., et al., Nat Cell Biol, 2017)。そこで、本年度はSaltation型からCirculation型への変換を実験的に再現することを試みた。具体的には、微小管の上を移動し、流動を引き起こすモータータンパク質の活性を変化させることによって変換させることができるかどうかについて検討を行った。これまでに、変換が生じることを確認しているが、定量的な解析については現在進行中で、確定的な結果を得るまでにはさらなる研究が必要である。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
• [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
• [雑誌論文] Tumor suppressor APC is an attenuator of spindle-pulling forces duringC. elegansasymmetric cell division (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugioka Kenji、Fielmich Lars-Eric、Mizumoto Kota、Bowerman Bruce、van den Heuvel Sander、Kimura Akatsuki、Sawa Hitoshi
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 5
  • DOI: 10.1073/pnas.1712052115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An asymmetric attraction model for the diversity and robustness of cell arrangement in nematodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kazunori、Kimura Akatsuki
  • 雑誌名: Development 巻: 144 号: 23 ページ: 4437-4449
  • DOI: 10.1242/dev.154609
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reduction in chromosome mobility accompanies nuclear organization during early embryogenesis in Caenorhabditis elegans (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai Ritsuko、Sugawara Takeshi、Sato Yuko、Minakuchi Yohei、Toyoda Atsushi、Nabeshima Kentaro、Kimura Hiroshi、Kimura Akatsuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 3631-3631
  • DOI: 10.1038/s41598-017-03483-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physical properties of the chromosomes and implications for development (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Takeshi、Kimura Akatsuki
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 59 号: 5 ページ: 405-414
  • DOI: 10.1111/dgd.12363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Endoplasmic Reticulum-Mediated Microtubule Alignment Governs Cytoplasmic Streaming (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 19 号: 4 ページ: 399-406
  • DOI: 10.1038/ncb3490
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 巻: 428 号: 20 ページ: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 核はどのようにして細胞の中心を見つけるのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷本博一, 木村健二, 木村暁
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 号: 5 ページ: 271-274
  • DOI: 10.2142/biophys.56.271
  • NAID: 130005264927
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bayesian Inference of Forces Causing Cytoplasmic Streaming in Caenorhabditis elegans Embryos and Mouse Oocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Niwayama R., Nagao H., Kitajima T. S., Hufnagel L., Shinohara K., Higuchi T., Ishikawa T., Kimura A.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 号: 7 ページ: e0159917-e0159917
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0159917
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interphase adhesion geometry is transmitted to an internal regulator for spindle orientation via caveolin-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumura S., Kojidani T., Kamioka Y., Uchida S., Haraguchi T., Kimura A., and Toyoshima F.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 11858-11858
  • DOI: 10.1038/ncomms11858
  • NAID: 120005774665
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Measurement of intracellular forces using centrifuge polarization microscope (CPM). (2017)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: International Workshop on Quantitative Biology 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バイオ画像解析支援をうけた細胞内の力発生メカニズムの理解 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村暁
  • 学会等名: 生命科学４プラットフォーム成果シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞核はどうして細胞の中心に配置できるのか？ －遺伝学、計算、マイクロデバイス、遠心顕微鏡を使った解析－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村暁
  • 学会等名: 日本大学文理学部生命科学セミナー「細胞核機能の発現と制御」
  • 招待講演
• [学会発表] Emergence and reversal of cytoplasmic streaming in the C. elegance nematode zygote. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: International workshop on Active Soft Matter and Ethology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanism of spontaneous alignment of microtubules during meiotic cytoplasmic streaming in the C. elegans zygote. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: Hierarchy of biological functions connected by concept of active matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A self-organization model for the emergence and reversal of meiotic cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 核の細胞内配置を（数理モデルで）造る・（実験的に）操作する (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村暁
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）
• [学会発表] Cytoplasmic Streaming in the nematode, C. elegans. (2017)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: Active Matter Workshop 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging and modeling of cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: The 54th Annual Meeting of the BSJ
  • 発表場所: Tsukuba
  • 招待講演
• [備考] APCは紡錘体を引っ張る力のブレーキ がん抑制遺伝子APCの新しい機能の発見
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2018/01/research-highlights_ja/20180119-2.html
• [備考] 細胞核内のDNA密度と、分裂期染色体の凝縮度との間の種を越えた相関関係
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/12/research-highlights_ja/20171220.html
• [備考] 初期胚発生過程における染色体の動きの変化を検出
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/12/research-highlights_ja/20171220-2.html
• [備考] はじまりは卵の形だった～初期胚における細胞の配置パターンの決定機構～
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/11/research-highlights_ja/20171129.html
• [備考] 流行が作られるしくみ「同調現象」を、細胞の中で発見―細胞質流動の生成と逆転のメカニズム―
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2017/03/research-highlights_ja/20170314.html
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/images/research_highlights/PR20170314.pdf
• [備考] 研究室ウェブサイト
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/kimura