新規光受容タンパク質による鞭毛繊毛機能の光制御

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01440
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 稲葉 一男 筑波大学, 生命環境系, 教授 (80221779)
• 研究分担者: 竹田 扇 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (20272429) ; 昆 隆英 大阪大学, 理学研究科, 教授 (30332620) ; 若林 憲一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80420248) ; 広瀬 恵子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90357872)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ダイニン / 鞭毛運動 / 繊毛運動 / DYBLUP / 光受容タンパク質 / クラミドモナス / 精子 / 走光性

研究実績の概要

ダイニン結合BLUF タンパク質（DYBLUP）は、光に応答し直接分子モーターを制御する世界初のタンパク質であり、光による分子モーター制御への応用が期待される。本研究では、DYBLUP が生物の光応答において果たす役割を解明することを目的として、以下の２項目を進めた。（１）DYBLUP とダイニンモーターの結合様式を構造生物学的に解析するとともに、特定光によるDYBLUP およびDYBLUP-ダイニン複合体の構造変化を解析する、（２）鞭毛・繊毛運動の光応答を調べるとともに、DYBLUP を欠損するクラミモナス変異体、ノックアウトマウスを解析する。本年度は、DYBLUPと内腕ダイニンのモーター部分との結合を、クライオ電子線トモグラフィーにより明らかにした。分担者の昆博士のグループに加え、スイス連邦工科大学の石川尚博士のグループも共同研究として参加した。その結果、内腕ダイニンf/I1のモーター部分を微小管につなぎとめるテザーと呼ばれる構造とベータ頭部をつなぎとめる部分にDYBLUPが局在していることが明らかになった。DYBLUP変異体には、この構造が欠損していることが確認された。また、DYBLUPを欠損するクラミドモナス変異体の解析から、DYBLUPが強い青色光への馴れを抑制していることがわかった。鞭毛波形を詳細に解析した結果、野生株では２本ある鞭毛どうしの位相をずらして光から避けることがわかり、変異体ではこの協調性が異常になっていることが明らかになった。一方、DYBLUPを欠損したマウスを解析した結果、見かけ上、大きな表現型の変化がないことがわかった。当初、精子鞭毛や気管上皮への影響を予想していたが、変異体の構造や運動は、野生型とほとんど同じものであった。それに対し、脳室繊毛の運動にわずかな変化があることがわかった。この生物学的意義は、研究期間中に明らかにすることはできなかったが、今後の研究課題として継続して解析する予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: スイス連邦工科大学
• [雑誌論文] Nexin-Dynein regulatory complex component DRC7 but not FBXL13 is required for sperm flagellum formation and male fertility in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Morohoshi A, Miyata H, Shimada K, Nozawa K, Matsumura T, Yanase R, Shiba K, Inaba K, Ikawa M
  • 雑誌名: PLoS Genet 巻: 16 ページ: －
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1008585
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tree of motility - A proposed history of motility systems in the tree of life (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata M, Robinson RC, Uyeda TQP, Fukumori Y, Fukushima SI, Haruta S, Homma M, Inaba K, Ito M, Kaito C, Kato K, Kenri T, Kinosita Y, Kojima S, Minamino T, Mori H, Nakamura S, Nakane D, Nakayama K, Nishiyama M, Shibata S, Shimabukuro K, Tamakoshi M, Taoka A, Tashiro Y, Tulum I, Wada H, Wakabayashi KI
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 25 ページ: 6-21
  • DOI: 10.1111/gtc.12737
  • 査読あり
• [雑誌論文] CTENO64 Is Required for Coordinated Paddling of Ciliary Comb Plate in Ctenophores (2019)
  • 著者名/発表者名: Jokura K, Shibata D, Yamaguchi K, Shiba K, Makino Y, Shigenobu S, Inaba K
  • 雑誌名: Curr Biol 巻: 29 ページ: 3510-3516
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Calaxin is required for cilia-driven determination of vertebrate laterality (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki K, Shiba K, Nakamura A, Kawano N, Satouh Y, Yamaguchi H, Morikawa M, Shibata D, Yanase R, Jokura K, Nomura M, Miyado M, Takada S, Ueno H, Nonaka S, Baba T, Ikawa M, Kikkawa M, Miyado K, Inaba K
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 2 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0462-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-cell genomics unveiled a cryptic cyanobacterial lineage with a worldwide distribution hidden by a dinoflagellate host (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama T, Nomura M, Takano Y, Tanifuji G, Shiba K, Inaba K, Inagaki Y, Kawata M
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 116 ページ: 15973-15978
  • DOI: 10.1073/pnas.1902538116
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Microtubule dynamics in the haptonema of haptophyte algae (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Yanase, Mami Nomura, Kogiku Shiba, Kazuo Inaba
  • 学会等名: VIII European Congress of Protistology & ISOP Joint meeting
  • 国際学会
• [学会発表] カブトクラゲ櫛板を構成するCTENO189の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 城倉 圭，柴 小菊，稲葉 一男
  • 学会等名: 日本動物学会第90回大阪大会
• [学会発表] Structural/functional analyses on MOT7, a novel light chain of ciliary dynein f/I1 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 遼介, 中桐 侑平, 久冨 理, 今井 洋, 宋 致, 村田 和義, 若林 憲一, 石川 尚, 稲葉 一男, 昆 隆英
  • 学会等名: 第57回日本物理学会年会
• [学会発表] Synchrotron radiation X-ray diffractionv reveals the highly ordered structure of axonemes in the comb plate of ctenophores (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩本 裕之, 城倉 圭, 稲葉 一男
  • 学会等名: 第57回日本物理学会年会
• [学会発表] cAMPとカルシウムイオンによる微小管滑り運動の協調的制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口 さやか，柴 小菊，稲葉 一男
  • 学会等名: 日本動物学会第90回大阪大会
• [図書] Handbook of Dynein (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Inaba (Editor, K Hirose)
  • 総ページ数: 375-410
  • 出版者: CRC Press
  • ISBN: 9789814800013