細胞膜上のディジタル式シグナル変換システムの解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14477
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鈴木 健一 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 特定拠点准教授 (50423059)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: GPIアンカー型タンパク質 / EGF受容体 / PLCgamma / Src family kinase / Grb2 / シグナル伝達 / １分子観察

研究実績の概要

我々は最近、高精度１分子観察法を用いて、GPIアンカー型受容体で補体の制御タンパク質であるCD59をリガンドで刺激後に形成される安定な４量体に、細胞内からシグナル分子が短期間だけリクルートされては、離れることを見出した。リクルート１回あたりの時間は0.1-0.5秒程度と極めて短いことを発見した。一方で、western blottingなどで調べた細胞全体のシグナルは、数分～数十分は続いていた。これらに基づいて我々は、「細胞膜上の受容体をリガンド刺激後、数分以上続く細胞全体のアナログシグナルは、１分子レベルで見ると１秒以下の時間しか続かないパルス状の短期間シグナルから積算されて作られる。」とする仮説を立てた。
この仮説を検証するために、まず、信号分子（PLCgammaやSrc family kinase）の活性化をFRET観察するためのプローブの作成に着手し、これに成功した。さらにFRETを観察するための条件の最適化を行い、活性化を可視化するための1分子FRET観察に成功した。しかし、活性化―不活性化のサイクルを観察するためには、シグナル/ノイズ比を上げる必要があり、今後の試行錯誤が必要な状況である。
上の実験に平行して、EGF受容体(EGFR)への信号分子Grb2のリクルートの観察を行った。EGFR刺激後、Grb2-GFPのEGFRへのリクルートを観察したところ、CD59会合体へのシグナル分子のリクルート同様に、リクルートはパルス状で、0.5秒以下の時間しか続かなかった。リクルート１回あたりの時間は短かったが、細胞全体のシグナル強度が高い時間帯ほど、リクルート頻度も大きくなっていた。この結果は、細胞全体で見ると長時間続くシグナル伝達が、１分子レベルではパルス状のシグナル伝達となっていて、パルス状シグナルの頻度が細胞全体のシグナル強度を決めることをさらに裏付けている。

研究成果

• [国際共同研究] 国立生命科学研究センター(NCBS)/幹細胞・再生医学研究所(inStem)(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: 国立生命科学研究センター(NCBS)/幹細胞・再生医学研究所(inStem)
• [雑誌論文] Raft-based sphingomyelin interactions revealed by new fluorescent sphingomyelin analogs (2017)
  • 著者名/発表者名: Masanao Kinoshita*, Kenichi G. N. Suzuki* (*equal contribution), Nobuyuki Matsumori, Misa Takada, Hikaru Ano, Kenichi Morigaki, Mitsuhiro Abe, Asami Makino, Toshihide Kobayashi, Koichiro M. Hirosawa, Takahiro K. Fujiwara, Akihiro Kusumi, and Michio Murata.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 216 ページ: 1183-1204
  • DOI: 10.1083/jcb.201607086
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ガングリオシドプローブの1分子観察によりラフト動態を探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 雑誌名: 生化学 巻: 89 ページ: 121-125
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2017.890121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raft-based interactions of gangliosides with a GPI-anchored receptor (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoko Komura*, Kenichi G. N. Suzuki*, Hiromune Ando* (*equal contribution), Miku Konishi, Machi Koikeda, Akihiro Imamura, Rahul Chadda, Takahiro K. Fujiwara, Hisae Tsuboi, Ren Sheng, Wonhwa Cho, Koichi Furukawa, Keiko Furukawa, Yoshio Yamauchi, Hideharu Ishida, Akihiro Kusumi and Makoto Kiso.
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 12 ページ: 402-410
  • DOI: 10.1038/nchembio.2059
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Confined diffusion of transmembrane proteins and lipids induced by the same actin meshwork lining the plasma membrane. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro K. Fujiwara, Kokoro Iwasawa, Ziya Kalay, Taka A. Tsunoyama, Yusuke Watanabe, Yashuhiro M. Umemura, Hideji Murakoshi, Kenichi G. N. Suzuki, Yuri N. Nemoto, Nobuhiro Morone, and Akihiro Kusumi.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 巻: 27 ページ: 1101-1119
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-04-0186
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 1分子観察によるガングリオシドのクラスター形成機構とEGF受容体活性制御機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 新学術領域研究「神経糖鎖生物学」最終班会議
  • 発表場所: JPタワー名古屋
  • 年月日: 2017-03-03 – 2017-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] 高精度1分子観察で初めて明らかになった細胞膜構造とシグナル伝達機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第３回医薬獣連携研究会プログラム
  • 発表場所: 岐阜薬科大学
  • 年月日: 2017-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation mechanisms of EGF receptor activity by gangliosides as revealed by single-molecule imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 8th Asian Community for Glycoscience and Glycotechnology Annual Conference
  • 発表場所: Jiangnan University, Wuxi, China
  • 年月日: 2016-10-13 – 2016-10-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 1分子イメージングにより明らかになったガングリオシドの糖鎖相互作用によるEGF受容体活性制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年大会
  • 発表場所: 北里大学
  • 年月日: 2016-07-28 – 2016-07-29
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of raft organization and function by single-molecule imaging of new ganglioside probes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 21st iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 年月日: 2016-06-03 – 2016-06-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 脂質の挙動をありのままに再現する蛍光プローブでラフトの形成機構を解明
  • URL: http://www.icems.kyoto-u.ac.jp/ja/news/3598
• [備考] 新しい糖脂質蛍光プローブを開発して細胞膜の"筏ナノドメイン"を解明
  • URL: https://www.icems.kyoto-u.ac.jp/ja/news/2732