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細胞内シューティンのゆらぎと細胞外シグナル勾配のクロストークによる神経極性形成

公募研究

研究領域動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成
研究課題/領域番号 23111518
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
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

稲垣 直之  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (20223216)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
2012年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2011年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
キーワード脳・神経 / 発生・分化 / 神経科学 / システムバイオロジー / ゆらぎ / 対称性の破れ / Shootin1 / Netrin-1 / 生体生命情報学
研究実績の概要

神経細胞は1本の軸索と複数の樹状突起を形成して極性を獲得する。「対称性の破れ」は神経極性形成の最初のステップである。我々はこれまでに、定量的なライブイメージングと数理モデルを組み合わせて、培養神経細胞がShootin1により自発的対称性の破れを引き起こす分子機構を明らかにした。神経細胞は、非対称な細胞外シグナルが存在しない培養条件下ではランダムな方向に軸索を形成するが、脳組織内においては特定方向に整然と軸索を伸ばす。本研究は、Shootin1が引き起こす神経細胞の自発的対称性の破れに方向性をという拘束を与える細胞外シグナルを同定し、内在性の対称性の破れの機構と非対称な細胞外シグナルとのクロストークを明らかにする。さらに、細胞内Shootin1のゆらぎが、神経細胞の対称性の破れと極性形成に積極的に活用される可能性を検証する。
昨年度は、神経細胞の自発的対称性の破れに方向性を与える細胞外シグナルNetrin-1がPAK1によるShootin1のリン酸化を介してクラッチ効率を高め、軸索形成促進を引き起こすことを見出した。今年度は、細胞内Shootin1のゆらぎが、神経細胞の対称性の破れと極性形成に積極的に活用される可能性を検証した。Shootin1の神経突起先端における濃縮にはノイズを伴う大きなゆらぎが観察された。そこで、定量的な数理モデルを用いてこのゆらぎを徐々に規則的にしてゆくと、極性化に失敗して、本来1本のみ形成すべき軸索を複数の形成する神経細胞の割合が急激に増加することがわかった。以上の結果により、Shootin1のゆらぎが、神経細胞の対称性の破れと極性形成に積極的に活用されて「強固性」や「正確性」をもたらす可能性が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (19件) (うち招待講演 1件) 図書 (2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Conversion of a Signal into Forces for Axon Outgrowth through Pak1-mediated Shootin1 Phosphorylation2013

    • 著者名/発表者名
      Michinori Toriyama
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 23 号: 6 ページ: 529-534

    • DOI

      10.1016/j.cub.2013.02.017

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] プロテオミクスを基礎にした神経細胞が非対称性を獲得する機構の解析2012

    • 著者名/発表者名
      吉田亙、鳥山道則、稲垣直之
    • 雑誌名

      生物物理化学

      巻: 56(印刷中)

    • NAID

      130004456513

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Systems Biology of Symmetry-Breaking during Neuronal Polarity Formation2011

    • 著者名/発表者名
      Inagaki N, Toriyama M, Sakumura Y
    • 雑誌名

      Dev.Neurobiol.

      巻: 71 号: 6 ページ: 584-593

    • DOI

      10.1002/dneu.20837

    • NAID

      120005830836

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural basis of cargo recognition by the myosin-X MyTH4–FERM domain2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Hirano
    • 雑誌名

      The EMBO Journal

      巻: 30 号: 13 ページ: 2734-2747

    • DOI

      10.1038/emboj.2011.177

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 神経細胞が突起の長さを検知する仕組みと神経細胞の対称性の破れ2011

    • 著者名/発表者名
      鳥山道則, 作村諭一, 稲垣直之
    • 雑誌名

      遺伝

      巻: 65 ページ: 80-88

    • NAID

      40018834806

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Mechanisms for axon-specific accumulation of an axonal protein JIP12013

    • 著者名/発表者名
      Maeno, T., Toriyama, M., and Inagaki, N.
    • 学会等名
      International Symposium on “Sensory Systems and Neural Circuits”
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス
    • 年月日
      2013-02-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of neuronal symmetry breaking by quantitative systems biology2013

    • 著者名/発表者名
      Inagaki, N.
    • 学会等名
      The 23rd CDB Meeting
    • 発表場所
      兵庫県神戸市
    • 年月日
      2013-01-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Irregularity in fluctuating signal is required for neuronal symmetry breaking2013

    • 著者名/発表者名
      Sakumura, Y., Maeno, T. and Inagaki, N.
    • 学会等名
      The 23rd CDB Meeting
    • 発表場所
      兵庫県神戸市
    • 年月日
      2013-01-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Mechanisms for axon-specific accumulation of an axonal protein JIP12012

    • 著者名/発表者名
      Maeno, T., Toriyama, M. and Inagaki, N.
    • 学会等名
      2012 Annual Meeting of the American Society for Cell Biology
    • 発表場所
      San Francisco, USA.
    • 年月日
      2012-12-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Regulation of mechanical force for axon outgrowth through phosphorylation of shootin12012

    • 著者名/発表者名
      Inagaki, N., Toriyama, M.
    • 学会等名
      第35回 日本神経科学大会シンポジウム「Progress in Neuronal Polarity 2012」
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Mechanisms for axon-specific accumulation of an axonal protein JIP12012

    • 著者名/発表者名
      Maeno, T., Toriyama, M., and Inagaki, N.
    • 学会等名
      第35回 日本神経科学大会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 「形づくりのしくみ」を神経細胞で解析する2012

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      第52回 生物物理若手の会夏の学校
    • 発表場所
      北海道千歳市支笏湖
    • 年月日
      2012-09-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Netrin-1 Regulates Pak1-mediated Phosphorylation of Shootin1 : Modulation of Clutch Activity of Shootin1 for Axon Outgrowth2011

    • 著者名/発表者名
      Toriyama M, Inagaki N
    • 学会等名
      2011 ASCB Annual Meeting Information
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      2011-12-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Functional analysis of shootin2 in the formation and extension of the leading process in cultured inhibitory neurons derived from the ganglionic eminence2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka S.Shibata, Michinori Toriyama, Kazuhiro Horinouchi, Naoyuki Inagaki
    • 学会等名
      Neuroscience 2011
    • 発表場所
      Washington DC, USA
    • 年月日
      2011-11-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Netrin-1 Regulates Pak1-mediated Phosphorylation of Shootin1 : Modulation of Clutch Activity of Shootin1 for Axon Outgrowth2011

    • 著者名/発表者名
      Michinori Toriyama, Naoyuki Inagaki
    • 学会等名
      Exciting Biology Series "Cellular development : biology at the interface"
    • 発表場所
      兵庫県神戸市
    • 年月日
      2011-09-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A Positive Feedback between Neurite Length-sensing and Neurite Outgrowth Involved in Neuronal Symmetry Breaking2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      第54回日本神経化学大会
    • 発表場所
      石川県加賀市(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Shootin1による軸索形成とリン酸化によるその制御2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都府京都市(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Mechanism of Neuronal Polarization Mediated by Shootin and Its Roles in the Brain2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      第34回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 基底核原基由来抑制性神経細胞における先導突起の形成と伸長に着目した新規分子shootin2の機能解析2011

    • 著者名/発表者名
      柴田浩孝, 勝田和大, 鳥山道則, 金村星日, 堀之内和広, 稲垣直之
    • 学会等名
      第34回日本神経科学大会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A quantitative description of neurite length-sensing and neurite outgrowth involved in neuronal symmetry breaking2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      20th Annual Computational Neuroscience Meeting
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プロテオミクスと1分子計測から見えてきた神経細胞が軸索を伸ばす仕組み2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      第10回バイオテクノロジー国際会議・バイオアカデミックフォーラム
    • 発表場所
      東京都江東区
    • 年月日
      2011-07-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A diffusion-base neurite length-sensing mechanism involved in neuronal polarization2011

    • 著者名/発表者名
      Michinori Toriyama, Yuichi Sakumura, Tadayuki Shimada, Shin Ishii, Naoyuki Inagaki
    • 学会等名
      第63回日本細胞生物学会
    • 発表場所
      北海道札幌市
    • 年月日
      2011-06-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A quantitative description of neurite length-sensing and neurite outgrowth involved in neuronal symmetry breaking2011

    • 著者名/発表者名
      稲垣直之
    • 学会等名
      EMBO Conference on Systems Dynamics of Intracellular Communication
    • 発表場所
      Engelberg, Swiss(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Neural polarization by an economizing system in neurite elongation2011

    • 著者名/発表者名
      Sakumura Y, Inagaki N
    • 学会等名
      EMBO Conference Series on Systems Dynamics of Intracellular Communication (SPATIAL 2011)
    • 発表場所
      Engelberg, Swiss
    • 年月日
      2011-05-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] Quantitative Modeling of Neuronal Polarization, Technological Advancements in Biomedicine for Healthcare Application2012

    • 著者名/発表者名
      Sakumura, Y., Inagaki, N.
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      IGI global
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] Biomedical Engineering and Cognitive Neuroscience for Healthcare : Interdisciplinary Applications2012

    • 著者名/発表者名
      Sakumura Y, Inagaki N
    • 出版者
      IGI Global(in press)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考] Inagaki Lab 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科 神経形態形成学研究室

    • URL

      http://nippon.naist.jp/inagaki_g/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://nippon.naist.jp/inagaki_g/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

URL: 

公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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