細胞核が細胞中央へ配置する機構の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04372
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 木村 暁 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (10365447)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 線虫 / 細胞核 / 細胞骨格 / 力

研究実績の概要

細胞核はほとんどの細胞で細胞中央に配置する。このことは細胞分裂時に染色体を均等に娘細胞に分けるために重要である。しかしながら核が中央に配置する機構は未だに解明されていない。報告者は細胞骨格である微小管が細胞質全体において引っ張られることにより細胞核が細胞中央に移動する「細胞質引きモデル」を支持している(Kimura A & Onami, 2005)。さらに、このモデルを達成する機構として「中心体-小胞綱引きメカニズム」を提唱している (Kimura K & Kimura A, 2011)。「中心体-小胞綱引きメカニズム」はエンドソームやリソソームなど細胞内の小胞が微小管上を中心体方向に移動する際に、その反作用力として中心体を引っ張る力を発生し、その力によって中心体及び細胞核が細胞の中央へ移動するというものである。しかし、細胞内で中心体と細胞核の複合体を移動させるのに必要な力の大きさが不明であったために、小胞の移動が十分な力を提供できるかどうか不明であった。報告者らは2016年度、及び2017年度において線虫C. elegansの胚細胞に遠心力をかけることによって、細胞核の移動に必要な力を測定する実験系の確立に成功した。これにより細胞核の移動に必要な力を測定することができ、「中心体-小胞綱引きメカニズム」の妥当性を検証しつつある（論文投稿準備中）。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

報告者は細胞核が細胞中央に移動するモデルとして「細胞質引きモデル」を支持している。このモデルを達成する機構として「中心体-小胞綱引きメカニズム」の妥当性を検証するために、細胞核が細胞内で移動するのに必要な力の測定にも取り組んだ。H28年度はアメリカ・ウッズホール海洋生物学研究所で開発された遠心顕微鏡で、この力を測定することに成功した。

今後の研究の推進方策

H29年度は力の測定結果について解析を続け、論文発表を行う。本研究は「中心体-小胞綱引きメカニズム」の検証にとどまらず、細胞内で働く力を明らかにする先駆的な研究となることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: キュリー研究所
• [国際共同研究] EMBL(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: EMBL
• [国際共同研究] ウッズホール海洋生物学研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ウッズホール海洋生物学研究所
• [雑誌論文] Endoplasmic Reticulum-Mediated Microtubule Alignment Governs Cytoplasmic Streaming (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 19 ページ: 399-406
  • DOI: 10.1038/ncb3490
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 巻: 428 ページ: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 核はどのようにして細胞の中心を見つけるのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷本博一, 木村健二, 木村暁
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 56 ページ: 271-274
  • DOI: 10.2142/biophys.56.271
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Bayesian Inference of Forces Causing Cytoplasmic Streaming in Caenorhabditis elegans Embryos and Mouse Oocytes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Niwayama R., Nagao H., Kitajima T. S., Hufnagel L., Shinohara K., Higuchi T., Ishikawa T., Kimura A.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 ページ: e0159917
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0159917
  • 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] Interphase adhesion geometry is transmitted to an internal regulator for spindle orientation via caveolin-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumura S., Kojidani T., Kamioka Y., Uchida S., Haraguchi T., Kimura A., and Toyoshima F.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 11858
  • DOI: 10.1038/ncomms11858
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Imaging and modeling of cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akatsuki Kimura
  • 学会等名: The 54th Annual Meeting of the BSJ.
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • 招待講演
• [備考] 研究室ウェブサイト
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/kimura