細胞内局所pH制御メカニズムの解明

• 研究領域: 少数性生物学―個と多数の狭間が織りなす生命現象の探求―
• 研究課題/領域番号: 26115720
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2015年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: シグナル伝達 / 細胞内pH / 蛍光イメージング / 細胞運動 / 細胞内PH

研究実績の概要

細胞性粘菌などで見られるアメーバ運動は、特異的なpH領域が細胞内で局所的に形成されることによって、効率よく指向性を持った運動をすることができているものと考えられている。しかしながら、実際にはアメーバ運動における細胞内局所pHの制御機構および詳細な役割は明らかではない。本課題では、蛍光イメージングを中心とした手法により、高時空間分解能での細胞内pH測定および細胞内pHの局所的な制御を行うことにより、細胞内局所pH変化によるアメーバ運動などの細胞のダイナミクスを制御するメカニズムを明らかにすることを目指した。
昨年度までに開発したレシオメトリック型高感度pHプローブタンパク質を用いて、細胞性粘菌の細胞運動と細胞質pH変化に高い相関性があることが示された。また、同プローブを用いて細胞性粘菌の発生段階における細胞質pHの変化を１細胞レベルで計測することにより、発生過程においても細胞運動と細胞質pHに明確な相関があることが明らかとなった。さらに、cAMPに対する走化性によって細胞が集合する際に、細胞質pH変化よりも大きな膜電位変化が起こっていることが明らかとなった。本研究により、細胞内の局所的なpH変化と細胞運動に高い相関があることが明らかになっただけではなく、pH変化以上に膜電位の変化が起こっていることが明らかになったことは、プロトンだけではなく他のイオンの重要性も示唆しており、今後の研究へとつながる知見も得られたことは有益な成果である。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] 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
• [雑誌論文] Lactose fermentation product by Lactococcus lactis subsp. lactis, acetate, inhibits the motility of flagellated pathogenic bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Nakamura, Yusuke V. Morimoto, Seishi Kudo
  • 雑誌名: MIcrobiology 巻: 161 号: 4 ページ: 701-707
  • DOI: 10.1099/mic.0.000031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assembly dynamics and the roles of FliI ATPase of the bacterial flagellar export apparatus. (2014)
  • 著者名/発表者名: Bai, F.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 号: 1 ページ: 6528-6528
  • DOI: 10.1038/srep06528
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The bacterial flagellar protein export apparatus processively transports flagellar proteins even with extremely infrequent ATP hydrolysis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 号: 1 ページ: 7579-7579
  • DOI: 10.1038/srep07579
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [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: 京都、キャンパスプラザ京都
  • 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、弘前大学
  • 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、金沢大学
  • 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: 愛知、岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2015-04-20
• [学会発表] Effect of cytoplasmic pH change on the cell migration (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 新学術領域「少数性生物学」第８回領域会議
  • 発表場所: 北海道、ルスツリゾート
  • 年月日: 2015-01-30
• [学会発表] 細胞性粘菌の走化性における細胞内pHの役割 (2014)
  • 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４回例会
  • 発表場所: 仙台、東北大学片平さくらホール
  • 年月日: 2014-10-11
• [学会発表] Effect of cytoplasmic local pH on the cell migration (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５２回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] 細胞内局所 pH 変化による細胞運動への影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐
  • 学会等名: 新学術領域「動く細胞と場のクロストークによる秩序の生成」第４回若手の会
  • 発表場所: 熊本、火の国ハイツ
  • 年月日: 2014-09-04
• [学会発表] 細胞運動における細胞内局所pH変化の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 新学術領域「少数性生物学」第７回領域会議
  • 発表場所: 滋賀、びわこクラブ
  • 年月日: 2014-06-21
• [学会発表] バクテリアべん毛モーターの回転に共役したプロトンの流れは固定子と回転子の相互作用により制御される (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、平岡孝一、上池伸徳、難波啓一、南野徹
  • 学会等名: 第11回 21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: 盛岡、湯守 ホテル大観
  • 年月日: 2014-06-06