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2017 年度 実績報告書

高速AFMを用いたCaMKIIの多量体構造内における記憶のメカニズム解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K18523
研究機関金沢大学

研究代表者

柴田 幹大  金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (80631027)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードタンパク質 / 記憶 / プロテインキナーゼ / 走査型プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 高速原子間力顕微鏡 / 神経科学 / バイオイメージング
研究実績の概要

CaMKIIは脳の神経細胞に存在し、記憶の形成に重要な役割を果たす。CaMKIIは巨大な12量体を形成し、Ca2+の高頻度刺激を積算(記憶)することができるため、多量体構造の中に“記憶の分子メカニズム”が隠されていると考えられてきたが、個々のCaMKIIの動態を1分子レベルで検出する手法がこれまでなく、その詳細は不明であった。本研究は、CaMKIIに高速AFMを適用し、個々のCaMKIIの直接イメージングから、多量体構造に潜む記憶の分子メカニズムを明らかにする。本年度は、ハブドメインのみを発現したCaMKIIα-Hubと、全長CaMKIIαに対し、高速AFMを適用し、多量体の構造解析と、そのダイナミクス観察を行った。CaMKIIα-Hubでは、12量体と14量体のリング構造が観察され、その存在比から14量体がメインであることが分かった。一方、キナーゼドメインを含む全長CaMKIIαは、12量体と14量体のリング構造が観察されたが、メインは12量体であることが分かった。これまで、CaMKIIαの14量体構造の存在は報告されていなかったが、高速AFMによる溶液中の観察により、初めて14量体が確認された。さらに、高速AFM動画により、キナーゼドメインとリンカー部分は柔軟な構造をとることが明らかとなった。特に、CaMKIIα阻害剤の添加により、柔軟なキナーゼドメインとリンカー部分が、固い構造に変化することを見出し、この部位の柔軟性が、Ca2+/カルモジュリンの結合に重要であることが示唆された。これらの結果から、信号を積算するための分子集合能力はハブドメインが担い、その一方で、キナーゼドメインの存在がCaMKIIαの多量体構造を制御し、さらに、リンカー部分の柔軟な構造がCaMKIIαの活性化状態に重要であることが示された。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Fast Adsorption of Soft Hydrogel Microspheres on Solid Surfaces in Aqueous Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Matsui Shusuke、Kureha Takuma、Hiroshige Seina、Shibata Mikihiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 56 ページ: 12146~12149

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1002/anie.201705808

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-space and real-time dynamics of CRISPR-Cas9 visualized by high-speed atomic force microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Shibata Mikihiro、Nishimasu Hiroshi、Kodera Noriyuki、Hirano Seiichi、Ando Toshio、Uchihashi Takayuki、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 8 ページ: 1~9

    • DOI

      10.1038/s41467-017-01466-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy imaging of live mammalian cells.2017

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata、Hiroki Watanabe、Takayuki Uchihashi、Toshio Ando、Ryohei Yasuda
    • 雑誌名

      Biophys. Physicobiol.

      巻: 14 ページ: 127-135

    • DOI

      10.2142/biophysico.14.0_127

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Visualization of asymmetric structure of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II oligomers by high-speed atomic force microscopy.2018

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata, Hideji Murakoshi
    • 学会等名
      BPS18 62th Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct imaging of DNA cleavage reaction of CRISPR-Cas9 using high-speed atomic force microscopy.2018

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata, Hiroshi Nishimasu, Noriyuki Kodera, Seiichi Hirano, Toshio Ando, Takayuki Uchihashi, and Osamu Nureki
    • 学会等名
      The 1st NanoLSI International Symposium -Towards Establishment of New Research Field: Nanoprobe Life Science-
  • [学会発表] 高速AFMを用いた微生物型ロドプシンの多量体構造の包括的解析2018

    • 著者名/発表者名
      池田健人, 井上圭一, 今野雅恵, Manish Singh, 片岡千尋, 吉住玲, 神取秀樹, 内橋貴之, 柴田幹大
    • 学会等名
      平成29年度生物物理学会中部支部講演会
  • [学会発表] 高速AFMによるカルモジュリン結合に伴うカルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIIの動態観察2018

    • 著者名/発表者名
      辻岡尚太朗, 村越秀治, 柴田幹大
    • 学会等名
      平成29年度生物物理学会中部支部講演会
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy imaging of oligomeric states of microbial rhodopsins.2017

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata, Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsin
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによる生体分子のナノスケールイメージング2017

    • 著者名/発表者名
      柴田幹大
    • 学会等名
      革新的統合バイオ研究コアワークショップ「多様な生命現象の数理モデル研究」
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed AFM imaging of membrane proteins in lipid nanodiscs.2017

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata
    • 学会等名
      55th生物物理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed AFM visualized DNA cleavage reaction of CRISPR-Cas9.2017

    • 著者名/発表者名
      Mikihiro Shibata, Hiroshi Nishimasu, Noriyuki Kodera, Seiichi Hirano, Toshio Ando, Takayuki Uchihashi and Osamu Nureki
    • 学会等名
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速バイオAFMによる生体分子のナノイメージング2017

    • 著者名/発表者名
      柴田幹大
    • 学会等名
      金沢大学新学術創成研究機構異分野融合研究会「がん研究と高速バイオAFM」
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子の動きを観る高速原子間力顕微鏡2017

    • 著者名/発表者名
      柴田幹大
    • 学会等名
      自然科学研究機構新分野創成センターシンポジウム「分野横断・分野融合研究による生命創成を探求する新しい科学の創成」
    • 招待講演
  • [学会発表] Oligomeric states of microbial rhodopsins studied by high-speed atomic force microscopy.2017

    • 著者名/発表者名
      Kento Ikeda, Keiichi Inoue, Masae Konno, Rei Abe-Yoshizumi, Chihiro Kataoka, Hideki Kandori, Takayuki Uchihashi, and Mikihiro Shibata
    • 学会等名
      International Symposium on Atomic Force Microscopy at Solid-Liquid Interfaces
  • [備考] Watch CRISPR edit genes in real time

    • URL

      http://www.sciencemag.org/news/2017/11/watch-crispr-edit-genes-real-time

  • [備考] An Astonishing Video Shows CRISPR Editing DNA

    • URL

      https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/11/crispr-video-real-time/545603/

  • [備考] The top CRISPR papers of 2017

    • URL

      http://blogs.nature.com/ofschemesandmemes/2018/01/16/our-10-most-popular-crispr-papers-of-2017

  • [備考] 高速原子間力顕微鏡によって可視化されたCRISPR-Cas9の実空間でのリアルタイム動態

    • URL

      https://www.natureasia.com/ja-jp/ncomms/abstracts/90764

  • [備考] A Breathtaking New GIF Shows CRISPR Chewing Up DNA

    • URL

      https://www.yahoo.com/news/breathtaking-gif-shows-crispr-chewing-000200485.html

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公開日: 2018-12-17  

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