細胞内物質輸送の分子機構;分子細胞生物学、構造生物学および分子遺伝学的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13CE2004
• 研究種目: COE形成基礎研究費
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣川 信隆 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (20010085)
• 研究分担者: 岡田 康志 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (50272430) ; 寺田 純雄 東京大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (00262022) ; 中田 隆夫 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (50218004) ; 金井 克光 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (80214427) ; 瀬藤 光利 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (20302664)
• キーワード: 遺伝子 / 細胞・組織 / バイオテクノロジー / 分子モーター / 微小管

研究概要

1)ヒトおよびマウスのキネシンスーパーファミリー蛋白質(KIFs)の全遺伝子を同定しそれらを、ショウジョウバエ、線虫等のKIFs遺伝子と比較し、遺伝子系統樹を完成した。これにより哺乳類では、45個のKIFs遺伝子があることが分かり、蛋白質レベルではmRNAのaltemative splicingの機構によりこの2〜3倍の異なったKIFsが存在することを示唆した(Miki et al.PNAS98:7004-7011,2001)。
2)新しいC末モーター領域型KIFC3の遺伝子をクローニングし、一次構造を決定、KIFC3がN末及び中央モーター領域型とことなり、微小管上をマイナス端へ向け走るモーター分子であり、上皮細胞で核から頂上部へAnnexinXIIIbを含むコレステロールに富んだ膜小胞を輸送していることを明らかにした(Noda et al.J.Cell Biol.155:77-88,2001)。
3)シナプス小胞前駆体を運ぶ新しいKIF1Bβモーター分子を同定、このknockout mouseホモ及びヘテロ接合体及びヒト先天性遺伝子疾患の家系の解析によりKIF1Bβがシナプス小胞前駆体を神経軸索内で末梢方向へ運び、神経機能と神経細胞の生存に必須な働きをもち又ヒトCharcot-Malie-Tooth 2A型先天性神経疾患の原因遺伝子であり、KIF1Bβ+/-マウスはこの疾患のモデルマウスとなることを示した(Zhao et al.Cell 105:587-597,2001)。
4)私達が発見したユニークなモノマー型モーター分子KIF1Aの作動機構を解析するため、KIFlAモーター領域のX線結晶解析を行ない、ATP like stateとADP stateの構造を明らかにした。又KIF1Aモーター領域と微小管の結合複合体の立体構造をクライオ電顕で解析し、その両者のFittingを行なった。この結果、ATPulike stateではswitchI及びswitchII(特にα4 helix)の構造変化がおこり又モーター領域のC末側にあるNeck,linker領域の構造変化があることを明らかにした。この結果をもとにモーター分子の作動機構のモデルを提唱した(Kikkawa et al.Nature411:439-445,2001)。
5)モーター分子が走るレールとなる微小管領域の構造決定のkeyとなる微小管関連蛋白(MAP)2とMAP1Bの生体内での機能を調べるためdouble knockout mouseを作製し、解析した。この結果MAP2,MAP1Bが相補的に働き、神経細胞の樹状突起形成に重要な役割をはたしていることを明らかとした(Teng et al. J. Cell Biol.155:65-76,2001)。

研究成果

• [文献書誌] Hirokawa, N., Y. Noda: "Preparation of recombinant kinesin superfamily proteins using the baculovirus system"Methods in Molecular Bilogy. 164. 57-63 (2001)
• [文献書誌] Kikkawa, M., E.P.Sablina., Y.Okada, H.Yajima, R.J.Fletterick, N.Hirokawa.: "Switch-based mechanism of kinesin motors"Nature. 411. 439-445 (2001)
• [文献書誌] Zhao C., J.Takita, Y.Tanaka, M.Setou, T.Nakagawa, S.Takeda, W.-Y.Hong, S.Terada, T.Nakata, Y.Takei, M.Saito, S.Tsuji, Y.Hayashi, N.Hirokawa.: "Charcot-Marie-Tooth Disease type 2A caused by mutation in a microtubule motor KIF1Bβ"Cell. 105. 587-597 (2001)
• [文献書誌] Miki, H., M.Setou, K.Kanashiro, N.Hirokawa.: "All kinesin superfamily protein, KIF, genes in mouse and human"Proc Natl Acad Sci USA. 98. 7004-7011 (2001)
• [文献書誌] Teng, J., Y.Takei, A.Harada, T.Nakata, J.Chen, N.Hirokawa.: "Synergistic effects of MAP2 and MAP1B knockout in neuronal migration, dendritic outgrowth, and microtubule organization"Journal of Cell Biology. 155. 65-76 (2001)
• [文献書誌] Nakajima K., Y.Takei, Y.Tanaka, T.Nakagawa, T.Nakata, Y.Noda, M.Setou, N.Hirokawa: "Molecular motor KIF1C is not essential for mouse survival and motor-dependent retrograde Golgi apparatus-to-endoplasmic reticulum transport"Molecular and Cellular Biology. 22. 866-873 (2002)
• [文献書誌] Noda, Y., Y.Okada, N.Saito, M.Setou, Y.Xu, Z.Zhang, N.Hirokawa.: "KJFC3, a microtubule minus end-directed motor for the apical transport of annexin XIIIβ-associated Triton-insoluble membranes"Journal of Cell Biology. 155. 77-88 (2001)