| 研究課題/領域番号 |
21H02455
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
大岩 和弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 主管研究員 (10211096)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 鞭毛 / ダイニン / 精子 / キイロショウジョウバエ / X線回折 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、キイロショウジョウバエ精子鞭毛が示す双方向性の鞭毛波形成と伝播の解析を通して、真核生物の鞭毛運動に普遍的に存在するメカニズムを明らかにしようとするもの。3つの課題に取り組んでいる。
１．軸糸のらせん対称性に起因する波形メカニズムのＸ線繊維回折による解明：生理学的条件下での軸糸構造とそこで機能するタンパク質集合体のダイナミクスを、生体に近い環境下で検出するシンクロトロン放射光（SPring-8, BL-40-XU)によるＸ線回折で解析し、Ca2+濃度変化に応じた基本構造周期96nmの高次層線反射強度プロファイルの変化を認め、軸糸全体のらせん対称性のCa2+濃度依存性を示した。クラミドモナスの軸糸構造変異株とCa2+に対する波形変化でクラミドモナスと鏡像関係にあるホヤ精子を解析、らせん対称性の変化が中心小管やラジアルスポークに依存しないこと、ホヤとクラミドモナスのCa2+に対する軸糸構造らせん変化の鏡像関係を明らかにした。これらを基に、らせん対称性と鞭毛波形変化との関連を数理モデル化した。
２．自律的振動創発の必須要素の同定とメカニズムの理解：構成生物学的研究手法によって、試験管内での鞭毛運動の再現を行なった。軸糸断片を鋳型として伸長させた微小管に、クラミドモナス野生株鞭毛から得た運動活性を持つ外腕ダイニン粗抽出分画を添加、24nm構造周期を持つ外腕ダイニン-微小管複合体を再構築した。ATP添加でこの複合体が滑り運動を起こし、周期的座屈現象を創発した。この運動の数理モデルを構築、ダイニンの協働的挙動の存在を推定した。
３．キイロショウジョウバエ精子鞭毛における屈曲波の両方向性伝播メカニズムの解析：キイロショウジョウバエの精巣から運動性のある精子の採取方法を確立した。高速カメラ撮像のための光学系と、鞭毛に機械的刺激を与えるためのマニプレーターを設置して刺激を可能とした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
１．Ｘ線繊維回折による軸糸のらせん対称性に起因する波形メカニズムの解明：シンクロトロン放射光（SPring-8, BL-40-XU)によるＸ線回折解析実験はほぼ完了しており、解析とモデルの精緻化を進めている。基本構造周期96nmの高次層線反射の強度プロファイルのCa2+濃度に応じた変化の解析とらせん対称性の関連を明らかにし、らせん対称性が鞭毛波形を変化させる可能性の数理モデルを行い、論文化を進めている。
２．自律的振動創発の必須要素の同定とメカニズムの理解：24nm構造周期を持つ外腕ダイニン-微小管複合体の周期的座屈現象を解析し、この運動の数理モデルを構築した成果は 国際誌に投稿して審査中である。
３．キイロショウジョウバエ精子観察システムの構築：マイクロサージェリーによる運動性のある精子の安定調製法を確立できた。また、活性化した精子が得て高速カメラによる撮像まで到達した。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．Ｘ線繊維回折による軸糸のらせん対称性に起因する波形メカニズムの解明：シンクロトロン放射光（SPring-8, BL-40-XU)によるＸ線回折解析実験はほぼ完了しており、集積したデータの解析と数理モデルの精緻化を進めて論文化を進める。らせん対称性を変化させる軸糸要素の特定のために、クラミドモナス変異株鞭毛を使ったX線回折の追加実験も検討する。
２．自律的振動創発の必須要素の同定とメカニズムの理解：実験成果をまとめた論文を国際誌に投稿中。査読結果に応じて追加実験などを行う予定。同時に、再構成実験に関しては、微小管束を架橋するなど境界条件を変化させた場合の挙動変化の検証、ダイニン列の局在を可視化するなどシステムの改変と深化を進める。
３．キイロショウジョウバエ精子観察システムの構築：キイロショウジョウバエの活性化した精子がガラス基板に吸着させない表面処理や、2ミリメートルに及ぶ全長を高い時空間分解能で記録するための光学系の開発を行い、波形解析を進行させる。
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