超解像・一分子イメージングによる微小管内腔結合タンパク質の解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H02798
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 岡田 康志 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, チームリーダー (50272430)
• 研究分担者: 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) ; Li Xue (馬場雪) 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 (50936507) ; 伊藤 陽子 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 (60584571) ; 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) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 微小管 / 微小管内腔結合タンパク質 / 一分子イメージング / 超解像顕微鏡法

研究実績の概要

本研究では、微小管内腔結合タンパク質(microtubule inner proteins, MIPs)について、軸糸微小管以外の細胞質微小管にも存在するのだろうか？　また、MIPsが微小管のどこから内腔に進入し、どのように、そしてどのような機能を果たすのか、という問いに答えることを目的としている。
そのために、近接ラベル法により微小管内腔に局在するタンパク質を網羅的に検索する。また、超解像ライブイメージング法、高速高分解能一分子計測とクライオ電子顕微鏡法を組み合わせる。これにより、① 細胞質微小管MIPsの網羅的同定、② MIPsは細胞内のどの微小管のどこから内腔に進入するのか、③ MIPsは細胞内でどのような機能を果たすのか、の3つの問いにアプローチする。
① については、MIPsの網羅的検索のために、微小管内腔側と表面側にビオチン化酵素(TurboID)を導入した細胞をそれぞれ作成し、選択的に微小管内腔側あるいは外側表面を標識できるかの条件検討を開始した。
② については、MIPs動態計測の基礎として、αTATをモデル系とした蛍光一分子イメージングに着手した。細胞内での計測結果から、互いに矛盾する2つの先行研究の結果についての統一的な解釈を示唆する結果が得られた。
③ については、高い分解能でMIPsの微小管に対する局在を可視化するため、ナノメートル分解能の超解像蛍光顕微鏡法の技術開発にとりくみ、予備的な結果が得られつつある。

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

当初計画した研究項目について、当初計画通りの進展が見られる。
一分子イメージングについては、細胞内での計測結果が得られつつあり、想定していた進度を超えて、先行研究の相矛盾する結果の統一解釈を示唆する結果が得られるなど、一部ではむしろ当初計画を超える進展がみられる。

今後の研究の推進方策

おおむね順調に進捗しているため、当初予定通りに計画を進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] A highly photostable and bright green fluorescent protein (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano Masahiko, Ando Ryoko, Shimozono Satoshi, Sugiyama Mayu, Takeda Noriyo, Kurokawa Hiroshi, Deguchi Ryusaku, Endo Kazuki, Haga Kei, Takai-Todaka Reiko, Inaura Shunsuke, Matsumura Yuta, Hama Hiroshi, Okada Yasushi, Fujiwara Takahiro, Morimoto Takuya, Katayama Kazuhiko, Miyawaki Atsushi
  • 雑誌名: NATURE BIOTECHNOLOGY 巻: 40 ページ: 1132--1142
  • DOI: 10.1038/s41587-022-01278-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] c-Src-mediated phosphorylation and activation of kinesin KIF1C promotes elongation of invadopodia in cancer cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Saji Takeshi, Nishita Michiru, Ikeda Kazuho, Endo Mitsuharu, Okada Yasushi, Minami Yasuhiro
  • 雑誌名: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 巻: 298 ページ: 102090--102090
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102090
  • 査読あり
• [学会発表] 機械学習・人工知能を活用したライブセルイメージング (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光ライブセルイメージングの限界への挑戦 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 大阪大学微生物病研究所アドバンストセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光ライブセルイメージングの限界への挑戦 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 光塾
  • 招待講演
• [学会発表] ライブイメージングの限界を超える (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 北海道大学ニコンイメージングセンター学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] ライブイメージングの限界を超える (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 順天堂大学イメージングセンターキックオフシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像・一分子顕微鏡技術を用いた細胞内分子動態の計測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 薬物動態学会第37回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 基礎研究と製品開発のニーズとシーズ (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: T-Gex研究成果エキシビション
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像技術と蛍光寿命を用いた最新バイオイメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: ライカオンラインセミナー
  • 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 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 奈良県立医大特別講義
  • 招待講演
• [学会発表] シン・ライブセルイメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 健都イメージングサポート拠点キックオフシンポジウム『シン・ミクロの世界』
  • 招待講演
• [学会発表] 4次元イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 第33回細胞生物学ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 分子・細胞のライブイメージングからバイオDXへ (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 生物工学懇話会
  • 招待講演
• [学会発表] 実験自動化からバイオDXへ (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: 情報計算化学生物学会第433回講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Toward super spatiotemporal resolution fluorescence microscope for live imaging of molecules and cells (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡田 康志
  • 学会等名: OPIC, ALPS, 2022
  • 招待講演