2021 年度研究成果報告書

3次元1分子計測法による核膜孔通過の交通ルールの解明

研究課題

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研究課題/領域番号	19K22520
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分48:生体の構造と機能およびその関連分野
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	毛利一成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, 研究員 (00567513)
研究期間 (年度)	2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード	FCS / １分子計測 / ERK / 核膜孔通過
研究成果の概要	これまでに細胞運命決定における確率性の存在が、ERK核移行におけるアナログ・デジタル変換機構に由来する可能性を見出しており、このメカニズムの解明に取り組んだ。上記スイッチ機構はERK核移行の協同性に由来すると考えられ、その証明には正確な細胞内分子濃度の定量化が不可欠である。既存手法に限界が見いだされたため、簡易に精度良い計測を行うための多点FCS法の検討を進めることで、細胞小器官内外を同時に計測可能な手法を開発し、具体的な適用に至った。この実態の解明のため細胞深部の核膜における内膜・外膜での１分子計測が可能な顕微鏡を構成し、ERKが核膜上に１００ミリ秒程度滞在する様子を観察することに成功した。
自由記述の分野	細胞生物学
研究成果の学術的意義や社会的意義	細胞運命決定におけるERKの制御機構に異常が生じた場合、細胞はがんなどの疾患に影響を及ぼすことが知られており、非常に重要なタンパク質である。細胞内の分子の制御機構の解明には生細胞での定量化技術が不可欠であるが、これまでは高価な装置が必要であった。本研究により計測精度に問題があった簡易な装置の手法を改善することで、新たに高精度な手法の提案に至った。全反射顕微鏡は従来細胞膜の１平面のみを観察する手法であったが、本研究で核膜の内膜外膜の２平面の同時観察が実現したため、核膜孔通過のみならずエンドサイトーシスなどの局所的な３次元動態観察など、複数の用途に応用できると期待される。