神経軸索での小胞輸送速度が速いのはなぜか？

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03394
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡田 康志 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (50272430)
• 研究分担者: 池崎 圭吾 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10722960) ; 池田 一穂 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 講師 (20642565) ; 神原 丈敏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (40451637) ; 榎 佐和子 (苙口佐和子) 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (50467635)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 分子混雑 / キネシン / 小胞輸送 / 軸索輸送

研究実績の概要

細胞質のタンパク質濃度から計算すると、その平均距離は10nm程度とタンパク質の大きさと同程度である。このような分子混雑環境の中で、直径100~1000nmの小胞などが動く際には、水(および水に近い希薄溶液)中の1000倍以上の抵抗を受けると予想される。にもかかわらず、細胞内の小胞輸送速度は、in vitroでの速度よりもむしろ速く、5~10倍にも達することがある。これが本研究の対象となる中心的なクエスチョンである。
この問に答えるために、本研究では、トップダウンとボトムアップの2つのアプローチを採った。トップダウンのアプローチでは、培養神経細胞を用いたスクリーニングで小胞輸送速度を制御する分子機構の解明を目指した。ボトムアップのアプローチでは、細胞質の分子混雑をin vitroで再現する実験系を構築し、小胞輸送の力速度関係の精密な解析を行った。これと並行して、細胞内混雑環境での小胞輸送について、ミクロ系の統計力学に基づく理論的な解析と、細胞内混雑環境における一分子計測のための計測技術開発を行った。
トップダウンのアプローチのために、マウス初代培養神経細胞など培養細胞を一定のパターンに配列させて培養するためのデバイスを作成し、培養条件を確立した。これにより、効率的かつ自動的にイメージング・計測を行うことが可能となった。軸索内の小胞輸送速度を計測し、スクリーニングを行うために必須となるプラットフォームを確立することが出来た。
ボトムアップのアプローチのための技術開発では、主に細胞内混雑環境での一分子計測技術の開発を行った。時間分解能1ミリ秒以下、空間精度10nm以下の時空間分解能での拡散計測を行うための計測技術の開発を行い、100マイクロ秒の時間分解能で、位置精度10nm、角度精度1°で並進および回転拡散を同時計測することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Transfected plasmid DNA is incorporated into the nucleus via nuclear envelope reformation at telophase. (2022)
  • 著者名/発表者名: Haraguchi Tokuko, Koujin Takako, Shindo Tomoko, Bilir Sukriye, Osakada Hiroko, Nishimura Kohei, Hirano Yasuhiro, Asakawa Haruhiko, Mori Chie, Kobayashi Shouhei, Okada Yasushi, Chikashige Yuji, Fukagawa Tatsuo, Shibata Shinsuke, Hiraoka Yasushi
  • 雑誌名: COMMUNICATIONS BIOLOGY 巻: 5 ページ: 78--78
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03021-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The function of Scox in glial cells is essential for locomotive ability in Drosophila. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kowada Ryosuke, Kodani Atsushi, Ida Hiroyuki, Yamaguchi Masamitsu, Lee Im-Soon, Okada Yasushi, Yoshida Hideki
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 11 ページ: 21207--21207
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00663-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Suppression of Vps13 adaptor protein mutants reveals a central role for PI4P in regulating prospore membrane extension (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Tsuyoshi S, Suda Yasuyuki, Muneshige Kenji, Fujieda Yuji, Okumura Yuuya, Inoue Ichiro, Tanaka Takayuki, Takahashi Tetsuo, Nakanishi Hideki, Gao Xiao-Dong, Okada Yasushi, Neiman Aaron M, Tachikawa Hiroyuki
  • 雑誌名: PLOS GENETICS 巻: 17 ページ: e1009727
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009727
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Live cell imaging technologies for single-cell analysis -- How can imaging meets genomics? (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 招待講演
• [学会発表] 生命科学研究のDX (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: JST-BDR共催シンポジウム「バイオDXの最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] Super-resolutoin live cell imaging and beyond (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 京都大学生命動態研究センター、発生・細胞生物・システム生物学コース
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞や分子を見て、判るためのイメージング (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会基調講演
  • 招待講演
• [学会発表] 手と目と頭の自動化とバイオDX (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: JST未来社会創造事業ロボティックバイオロジーによる生命科学の加速キックオフシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] エピゲノム状態・転写・代謝など細胞状態を可視化する蛍光プローブ技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: ARO協議会第8回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像蛍光顕微鏡の現状と課題 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 学振第125委員会講演会
  • 招待講演