神経細胞の自発的形態形成における少数資源の奪い合いによる自己組織化機構の研究

• 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: 26115721
• 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: 岡田 康志 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, チームリーダー (50272430)
• 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: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2015年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 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: 細胞極性 / 細胞内輸送 / 分子モーター / 微小管 / キネシン / 一分子計測 / ダイニン / 共同性 / 自発的対称性の破れ

研究実績の概要

発生過程においては、さまざまな自己組織化現象がみられる。その理論的枠組みとして、チューリング型の反応拡散系がよく知られているが、系に関与する分子数が少数である場合には、少数資源の奪い合いによる自己組織化という形でチューリング型の反応拡散系を実装することが可能である。申請者らは、幼若神経細胞の形態形成過程における細胞内輸送の制御機構が、細胞内輸送という少数資源の奪い合いによる自己組織化の好適なモデル系であると考え、本研究においては、キネシン型分子モーターによる細胞内輸送が、正の協同性と少数資源の奪い合いの効果によって、自己組織化されることを実証した。まず、in vitro再構成系で、微小管とキネシンだけからなる系で、キネシン濃度依存的にキネシンと微小管の相互作用に協同的自己組織化現象が生じることを示した。さらに、その機構を一分子計測と構造解析を組み合わせることによって解明した。一方、細胞内でキネシンと微小管の結合速度定数を直接計測する一分子顕微鏡システムを構築し、これを利用することで細胞内でのキネシンと微小管の結合制御を微小管１本、キネシン１分子のレベルで明らかにした。その結果、細胞内には、キネシンとの親和性が異なる微小管が少なくとも４種類存在し、キネシンとの結合や微小管自身のダイナミクス、翻訳後修飾など様々な系によって複雑に制御されていることが示唆された。

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] The γ-tubulin-specific inhibitor gatastatin reveals temporal requirements of microtubule nucleation during the cell cycle. (2015)
  • 著者名/発表者名: Chinen T, Liu P, Shioda S, Pagel J, Cerikan B, Lin TC, Gruss O, Hayashi Y, Takeno H, Shima T, Okada Y, Hayakawa I, Hayashi Y, Kigoshi H, Usui T, Schiebel E
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 8722-8722
  • DOI: 10.1038/ncomms9722
  • 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] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Hayashi and Yasushi Okada
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 26 号: 9 ページ: 1743-1751
  • DOI: 10.1091/mbc.e14-08-1287
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expanded palette of Nano-lantern for real-time muliti-color luminescence imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Takai A, Nakano M, Saito K, Haruno R, Watanabe TM, Ohyanagi T, Jin T, Okada Y, Nagai T
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 14 ページ: 4352-4356
  • DOI: 10.1073/pnas.1418468112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compact and stable SNAP ligand-conjugated quantum dots as a fluorescent probe for single-molecule imaging of dynein motor protein. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohyanagi T, Shima T, Okada Y, Tsukasaki Y, Komatsuzaki A, Tsuboi S, Jin T.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 80 ページ: 14836-14839
  • DOI: 10.1039/c5cc05526a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Super-resolution imaging of nuclear bodies by STED microscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Okada Y, Nakagawa S,
  • 雑誌名: Meth Mol Biol 巻: 1262 ページ: 21-35
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-2253-6_2
  • ISBN: 9781493922529, 9781493922536
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analysis of APP axonal transport in neurons: role of JIP1 in enhanced APP anterograde transport. (2014)
  • 著者名/発表者名: Chiba K, Araseki M, Nozawa K, Furukori K, Araki Y, Matsushima T, Nakaya T,Hata S, Saito Y, Uchida S, Okada Y, Nairn AC, Davis RJ, Yamamoto T, Kinjo M, Taru, H, Suzuki T.
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 25 号: 22 ページ: 3569-3580
  • DOI: 10.1091/mbc.e14-06-1111
  • NAID: 120005522339
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-nosuke Uno, Mako Kamiya, Toshitada Yoshihara, Ko Sugawara, Kohki Okabe, Mehmet C. Tarhan, Hiroyuki Fujita, Takashi Funatsu, Yasushi Okada, Seiji Tobita, Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 6 号: 8 ページ: 681-689
  • DOI: 10.1038/nchem.2002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 細胞の中で分子モーターが迷子にならない機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 膜生物学・医学学術講演会
  • 発表場所: 神戸大学医学部(兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-02-26
  • 招待講演
• [学会発表] 量子脳仮説は荒唐無稽なのか (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第１回量子と生命研究会
  • 発表場所: 阪大Σホール（大阪府・豊中市）
  • 年月日: 2016-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative conformational changes of microtubule by kinesin as the mechanism for the spontaneous polarization of the intracellular transport in neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ホノルル・米国
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 一分子イメージングによる細胞質内での反応速度定数の直接計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本分子生物学会・日本生化学会合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: The 2nd East Asia Microscopy Conference
  • 発表場所: 姫路商工会議所（兵庫県・姫路市）
  • 年月日: 2015-11-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞極性制御における自発的対称性の破れと秩序形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 山田研究会
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺（静岡県・伊豆市）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] ライブセルイメージングのための高速超解像蛍光顕微鏡の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会シンポジウム
  • 発表場所: 筑波大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像蛍光ライブセルイメージングの現状と課題 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会関西支部平成27年度特別講演会
  • 発表場所: 京都大学黄檗プラザ（京都府・宇治市）
  • 年月日: 2015-10-03
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational switching of tubulin serves as the guidance cue for the intracellular transport by kinesin. (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] スピニングディスク共焦点光学系を利用した高速超解像ライブイメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第67回細胞生物学会大会シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-07-02
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子イメージングによる細胞質内での反応速度定数の直接計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: ナノメディシン分子科学公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-07-01
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像顕微鏡と電子顕微鏡が拓くバイオイメージングの新時代 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 医学生物学電子顕微鏡技術学会第31回学術講演会特別講演
  • 発表場所: 名古屋市立大学（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2015-06-21
  • 招待講演
• [学会発表] Dissecting kinesin regulation through single molecule in cellulo measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: Janelia Conference
  • 発表場所: アシュバーン・米国
  • 年月日: 2015-05-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超解像・1分子イメージングで探る細胞内物質輸送の制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第71回学術講演会シンポジウム
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-05-14
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 9th Asian Biophysics Association Symposium
  • 発表場所: 杭州・中国
  • 年月日: 2015-05-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 新しいタイプの抗がん剤開発につながる成果 ～γ－チューブリン特異的阻害剤の開発に成功～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201510301400.html
• [備考] 肉眼でも観察できる！従来の20倍光るタンパク質を開発
  • URL: http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2015/20150324_1
• [備考] シャッター速度世界一の超解像蛍光顕微鏡を開発
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150415_1/
• [備考] 研究最前線 キネシンは、なぜ迷子にならない？
  • URL: http://www.riken.jp/pr/blog/2015/151207_1/