高精度1分子観察による糖脂質の機能性クラスター形成機構の解明と階層構造の検証

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02424
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 鈴木 健一 岐阜大学, 糖鎖生命コア研究所, 教授 (50423059)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 糖脂質 / GPIアンカー型タンパク質 / 細胞膜ドメイン / ラフト / １分子観察

研究実績の概要

本研究では、高精度1分子・超解像顕微鏡観察技術に基づき、生細胞膜上で糖脂質は糖鎖間相互作用により、GPIアンカー型タンパク質は細胞外タンパク質間相互作用により、機能性集合体を誘起し、ラフト脂質がそれを安定化するという概念を検証する。さらに、このような複合体自体を集める大きな膜領域（階層構造）が存在するかを検証する。もし、階層構造がある場合は、その形成機構を明らかにすることを目的としている。今まで、糖脂質ガングリオシド蛍光プローブがなかったために、生細胞膜上の糖脂質ガングリオシドの動態研究は皆無であった。しかし、我々は8種のガングリオシド蛍光プローブを開発し、上記課題に挑んだ。
昨年度までに、様々なGPIアンカー型タンパク質の超解像ライブセルイメージングを行い、タンパク質相互作用と側方方向の脂質相互作用がGPIアンカー型タンパク質ドメイン形成を誘起することを見出した。また、アクチン結合した内層リン脂質がドメイン形成を促進することも見出した。
当該年度は、階層構造の存在を検証するために、GPIアンカー型タンパク質のダイマー形成が膜内層リン脂質ドメインと重なる外層領域で起きやすいかどうかを調べた。そのため、内層リン脂質を超解像観察しながら、GPIアンカー型タンパク質を１分子観察した。結果、GPI-アンカー型タンパク質が、膜内層リン脂質ドメインと重なる外層領域で短寿命のホモダイマーを形成する様子が確認できた。この結果は、階層構造の存在を示唆している。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] Single-molecule localization microscopy reveals STING clustering at the trans-Golgi network through palmitoylation-dependent accumulation of cholesterol (2024)
  • 著者名/発表者名: Kemmoku Haruka、Takahashi Kanoko、Mukai Kojiro、Mori Toshiki、Hirosawa Koichiro M.、Kiku Fumika、Uchida Yasunori、Kuchitsu Yoshihiko、Nishioka Yu、Sawa Masaaki、Kishimoto Takuma、Tanaka Kazuma、Yokota Yasunari、Arai Hiroyuki、Suzuki Kenichi G. N.、Taguchi Tomohiko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 220
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44317-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hierarchical supramolecular structure comprising reduction-responsive DNA microspheres and semi-artificial glycopeptide-based micro-asters (2023)
  • 著者名/発表者名: Isogami Ayaka、Higashi Sayuri L.、Okumura Bioru、Shibata Aya、Hirosawa Koichiro M.、Suzuki Kenichi G. N.、Tsukiji Shinya、Matsuura Kazunori、Ikeda Masato
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 55 ページ: 1103～1107
  • DOI: 10.1038/s41428-023-00809-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast single-molecule imaging reveals focal adhesion nano-architecture and molecular dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Takahiro K.、Tsunoyama Taka A.、Takeuchi Shinji、Kalay Ziya、Nagai Yosuke、Kalkbrenner Thomas、Nemoto Yuri L.、Chen Limin H.、Shibata Akihiro C.E.、Iwasawa Kokoro、Ritchie Ken P.、Suzuki Kenichi G.N.、Kusumi Akihiro
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 222 ページ: e202110162
  • DOI: 10.1083/jcb.202110162
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of ultrafast camera-based single fluorescent-molecule imaging for cell biology (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Takahiro K.、Takeuchi Shinji、Kalay Ziya、Nagai Yosuke、Tsunoyama Taka A.、Kalkbrenner Thomas、Iwasawa Kokoro、Ritchie Ken P.、Suzuki Kenichi G.N.、Kusumi Akihiro
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 巻: 222 ページ: e202110160
  • DOI: 10.1083/jcb.202110160
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recently developed glycosphingolipid probes and their dynamic behavior in cell plasma membranes as revealed by single-molecule imaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kenichi G. N.、Komura Naoko、Ando Hiromune
  • 雑誌名: Glycoconjugate Journal 巻: 40 ページ: 305～314
  • DOI: 10.1007/s10719-023-10116-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cholesterol- and actin-centered view of the plasma membrane: updating the Singer?Nicolson fluid mosaic model to commemorate its 50th anniversary^† (2023)
  • 著者名/発表者名: Kusumi Akihiro、Tsunoyama Taka A.、Tang Bo、Hirosawa Koichiro M.、Morone Nobuhiro、Fujiwara Takahiro K.、Suzuki Kenichi G. N.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 34 ページ: pl1
  • DOI: 10.1091/mbc.E20-12-0809
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] N-acetylglucosaminyltransferase-V (GnT-V)-enriched small extracellular vesicles mediate N-glycan remodeling in recipient cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirata Tetsuya、Harada Yoichiro、Hirosawa Koichiro M.、Tokoro Yuko、Suzuki Kenichi G.N.、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 ページ: 105747～105747
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105747
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-Molecule Imaging of Ganglioside Probes in Living Cell Plasma Membranes (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kenichi G. N.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2613 ページ: 215～227
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2910-9_17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of supramolecular hybrid nanomaterials comprising peptide-based supramolecular nanofibers and <i>in situ</i> generated DNA nanoflowers through rolling circle amplification (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugiura Shintaro、Shintani Yuki、Mori Daisuke、Higashi Sayuri L.、Shibata Aya、Kitamura Yoshiaki、Kawano Shin-ichiro、Hirosawa Koichiro M.、Suzuki Kenichi G. N.、Ikeda Masato
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 15 ページ: 1024～1031
  • DOI: 10.1039/d2nr04556g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Refinement of Singer-Nicolson fluid-mosaic model by microscopy imaging: Lipid rafts and actin-induced membrane compartmentalization (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Kenichi G.N.、Kusumi Akihiro
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: 1865 ページ: 184093～184093
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2022.184093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mechanisms of ganglioside dimer formation and receptor activity regulation as revealed by single-molecule imaging. (2024)
  • 著者名/発表者名: K. G. N. Suzuki
  • 学会等名: ADVANCES IN GLYCOSCIENCES.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 糖鎖間相互作用によるEGF受容体活性制御機構：高精度１分子観察による解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第129回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Unraveling of regulation mechanisms of Ras signaling by single-molecule imaging and super-resolution microscopy. (2023)
  • 著者名/発表者名: K. G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 82nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
  • 招待講演
• [学会発表] Digging into caveolae by lipid and protein interactions (2023)
  • 著者名/発表者名: K. G. N. Suzuki
  • 学会等名: The 75th Annual Meeting of the Japan Society for Cell Biology.
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子・超解像動画観察による細胞膜内層脂質ドメインでのシグナル伝達の可視化解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 学会等名: 第65回日本脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation mechanisms of receptor activity by gangliosides as revealed by single-molecule imaging. (2023)
  • 著者名/発表者名: K. G. N. Suzuki
  • 学会等名: Canadian Glycomics Symposium 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 実験医学増刊号 良い炎症・悪い炎症から捉えた腫瘍免疫学 「STING炎症シグナルの１分子・超解像イメージング」 (2024)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健一
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 実験医学増刊号 治療標的が見えてきた脂質疾患学 「脂質の高解像度な観察技術－１分子解析と脂質プローブ」 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田口友彦、鈴木健一
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 羊土社