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2023 年度 実績報告書

細胞内情報伝達の情報熱力学的な理解

計画研究

研究領域情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理
研究課題/領域番号 19H05798
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設)

研究代表者

青木 一洋  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 教授 (80511427)

研究分担者 松岡 里実  大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (00569733)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2024-03-31
キーワードEGF / EGFR / ERK / 情報量 / 1分子イメージング / FRET
研究実績の概要

本研究のテーマは真核生物の細胞内情報伝達系の情報処理特性である。真核生物の細胞内情報伝達系について、情報伝達分子や反応のネットワークの全体像が明らかになりつつある。一方で、既存の研究のフレームワークでは理解できない細胞内情報伝達系の問題も数多く残されており、情報・通信の分野で研究されてきた情報理論を用いたアプローチによる解決が期待されてきた。本研究では、分子から細胞にわたる情報処理特性を情報という視点から解析することで、既存の生物学にはない情報量という物理量を定量化する。このような独自のアプローチにより、情報伝達系の設計原理を明らかにする。
本年度は、(1)CDK活性の可視化と細胞周期進行の分子機構解明と、(2)多様なリガンドの細胞内情報伝達系による符号化原理、の2つのテーマに関しては解析を進めた。(1)に関しては、CDK活性を高感度に検出できるFRETバイオセンサーを開発し、分裂酵母と培養細胞でCDKの活性の可視化に成功した。また分裂酵母の解析から、CDK活性がある閾値を超えることでG2/M期移行が起きることを定量的に示すことができた。本研究はDevelopmental Cell誌に受理された。(2)に関しては、GPCRの下流シグナルであるcAMP, Ca, ERK, RhoAの時系列を効率よく定量化する実験系を樹立した。現在、70種類ものGPCRをリガンド刺激したときの下流シグナルを定量化し、解析を行っている。さらに、ドーパミン状態とセロトニン受容体のシグナル伝達に注目した解析結果をまとめて論文投稿を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Live-cell imaging defines a threshold in CDK activity at the G2/M transition2024

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Hironori、Goto Yuhei、Kondo Yohei、Coudreuse Damien、Aoki Kazuhiro
    • 雑誌名

      Developmental Cell

      巻: 59 ページ: 545~557.e4

    • DOI

      10.1016/j.devcel.2023.12.014

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In vivo expression vector derived from anhydrobiotic tardigrade genome enables live imaging in Eutardigrada2023

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Sae、Aoki Kazuhiro、Arakawa Kazuharu
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2216739120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Decoding cellular deformation from pseudo-simultaneously observed Rho GTPase activities2023

    • 著者名/発表者名
      Kunida Katsuyuki、Takagi Nobuhiro、Aoki Kazuhiro、Ikeda Kazushi、Nakamura Takeshi、Sakumura Yuichi
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 42 ページ: 112071~112071

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112071

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optical Control of Cell Signaling with Red/Far-Red Light-Responsive Optogenetic Tools in Caenorhabditis elegans2023

    • 著者名/発表者名
      Oda Shigekazu、Sato-Ebine Emi、Nakamura Akinobu、Kimura Koutarou D.、Aoki Kazuhiro
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 12 ページ: 700~708

    • DOI

      10.1021/acssynbio.2c00461

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal inference of molecular interaction dynamics in FRET microscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Kamino Keita、Kadakia Nirag、Avgidis Fotios、Liu Zhe-Xuan、Aoki Kazuhiro、Shimizu Thomas、Emonet Thierry
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2211807120

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chemogenetic Manipulation of Endogenous Proteins in Fission Yeast Using a Self-Localizing Ligand-Induced Protein Translocation System2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akinobu、Goto Yuhei、Sugiyama Hironori、Tsukiji Shinya、Aoki Kazuhiro
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 18 ページ: 2506~2515

    • DOI

      10.1021/acschembio.3c00478

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A transcriptional program underlying the circannual rhythms of gonadal development in medaka2023

    • 著者名/発表者名
      Nakayama Tomoya、Tanikawa Miki、Okushi Yuki、Itoh Thoma、Shimmura Tsuyoshi、Maruyama Michiyo、Yamaguchi Taiki、Matsumiya Akiko、Shinomiya Ai、Guh Ying-Jey、Chen Junfeng、Naruse Kiyoshi、Kudoh Hiroshi、Kondo Yohei、Naoki Honda、Aoki Kazuhiro、Nagano Atsushi J.、Yoshimura Takashi
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2313514120

    • 査読あり
  • [学会発表] Quantitative analysis of mechanical properties and their biological functions using live cell imaging and optogenetics2024

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro AOKI
    • 学会等名
      INFORMATION PHYSICS IN LIVING SYSTEMS
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 蛍光イメージングによる細胞周期の定量解析2024

    • 著者名/発表者名
      青木一洋
    • 学会等名
      「集え、多分野研究者!」 感染症キャンプin 宮崎
    • 招待講演
  • [学会発表] 生細胞イメージングによるGPCRシグナルの動的符号化原理の解明2023

    • 著者名/発表者名
      青木一洋
    • 学会等名
      生体機能と創薬シンポジウム2023
    • 招待講演
  • [学会発表] 生細胞蛍光イメ―ジングによる可視化と光操作2023

    • 著者名/発表者名
      青木一洋
    • 学会等名
      イメージングブートキャンプ2023
    • 招待講演
  • [学会発表] 生細胞イメージングと光遺伝学を使った細胞の力学的特性と生物学的機能の解析2023

    • 著者名/発表者名
      青木一洋
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Genetically encoded phycocyanobilin synthesis, SynPCB, and its application to optogenetics and live-cell imaging.2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro AOKI
    • 学会等名
      15th International Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (ICTPPO2023)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 蛍光イメージングと光遺伝学による細胞周期の定量解析2023

    • 著者名/発表者名
      青木一洋
    • 学会等名
      第32回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] Live cell imaging of cell signaling and cell fate decision2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro AOKI
    • 学会等名
      Exploratory Research Center on Life and Living Systems (ExCELLS) and KAIST Sympoisum on Complex Biological Systems (Japan-Korea Collaborative Symposium)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 細胞周期に必要なキナーゼCDK活性をリアルタイムに1細胞レベルで可視化するバイオセンサーを開発

    • URL

      https://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2024/01/23.html

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公開日: 2024-12-25  

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