タンパク質分子間相互作用の力学変調と高分解能イメージング

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K04908
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 西山 雅祥 近畿大学, 理工学部, 准教授 (10346075)
• 研究分担者: 森松 賢順 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (70580934)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高圧力顕微鏡 / 水和 / 分子間相互作用 / 細胞骨格

研究実績の概要

本研究課題の目的は、等方的な力学作刺激である圧力を用いて細胞内で働く分子機械を操作する事で、細胞が生きたままの状態で、その形態および活性を操作できる手法を開発することにある。令和元年度は、生きている細胞・個体を対象にして研究を実施した。細胞は外部からの刺激に応じて、細胞内のイオン濃度を大きく変化させることが知られている。このイオン濃度変化は、細胞内で駆動する分子機械の駆動様式を大きく変化させることがある。ここでは、圧力刺激による細胞内のCa2+濃度変化について、緑藻細胞クラミドモナスの軸糸振動を利用して調べた。クラミドモナスは細胞内のCa2+濃度が高くなると、軸糸振動の様式を大きく変え、後ろ向きに泳ぐ性質がある。高圧力顕微鏡下でクラミドモナスの軸糸振動を高速ビデオ撮影したところ、80MPaでは野生株の半分は後ろ向きに泳ぐことが明らかになった。この遊泳運動の逆転現象は、水溶液中のCa2+濃度に依存しないため、高圧力は細胞内にある小胞体などからCa2+の放出を誘導し、細胞内のCa2+濃度を上昇させていると示唆された。次に、生きた個体内での細胞の圧力応答を調べた。高圧力を生きた線虫にかけたところ、老化抑制に関与する転写因子FOXO3aが細胞質側から核内へと移行する様子が観察された。さらに、1日1度の圧力処理を線虫に施すことで、寿命が延びることも確認された。以上のように、生きた細胞を対象にして静水圧によりドラスティックに生命活動を操作できることを示すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] High hydrostatic pressure induces vigorous flagellar beating in Chlamydomonas non-motile mutants lacking the central apparatus. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yagi T. & Nishiyama M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 2072-9pages
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58832-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increased hydrostatic pressure induces nuclear translocation of DAF-16/FOXO in C. elegans. (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe N, Morimatsu M, Fujita A, Teranishi M, Sudevan S, Watanabe M, Iwasa H, Hata Y, Kagi H, Nishiyama M, Naruse K, Higashitani A.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 523 ページ: 853-858
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.01.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] High pressure inhibits signaling protein binding to the flagellar motor and bacterial chemotaxis through enhanced hydration. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hata H., Nishihara Y., Nishiyama M., Sowa Y., Kawagishi I. & Kitao A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 2351 - 13pages
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59172-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Session 1SHA-control of biological functions with hydrostatic pressure stimulation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hata H. & Nishiyama M.
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s12551-020-00658-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of proteins under high pressure: Structure, function and thermodynamics. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hata H., Nishiyama M. & Kitao A.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects 巻: 1864 ページ: 12395-10pages
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.07.004
  • 査読あり
• [学会発表] Activation of the motility machineries using high-pressure techniques. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama M.
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 静水圧を力学刺激とする生命操作技術の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西山 雅祥
  • 学会等名: 日本メカノバイオロジー研究会
  • 招待講演
• [備考] 失った細胞機能を水圧で再生 ヒト精子の不妊治療など医療技術に応用できる可能性も
  • URL: http://www.news2u.net/releases/167989