微小管構造多型による細胞内物質輸送ナビゲーション機構の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25293046
• 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, 生命システム研究センター, チームリーダー (50272430)
• 研究分担者: 池田 一穂 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (20642565) ; 伊藤 陽子 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 特別研究員 (60584571) ; 高井 啓 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 基礎科学特別研究員 (60637205)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 細胞内輸送 / 細胞極性 / 微小管 / 分子モーター / キネシン

研究実績の概要

細胞内物質輸送のナビゲーション機構はこれまでほとんど判っていなかった。我々は、微小管がGTP結合状態とGDP結合状態で異なる構造をとることを示し、神経細胞軸索起始部に局在するGTP結合型微小管が軸索輸送のナビゲーションを行うという新しい概念を提唱している。本研究は、これを発展させ、細胞内物質輸送のナビゲーション機構の基本原理を解明してきた。

具体的には、まず、in vitro再構成系で、微小管とキネシンだけからなる系で微小管によるキネシンの運動制御を一分子レベルで解析した。その結果、キネシン濃度依存的に、キネシンと微小管の相互作用は協同性を示し、自己組織化現象が生じる条件を発見した。さらに、その機構を一分子計測とと構造解析を組み合わせることによって解明した。

一方、細胞内での輸送制御の実態を明らかにするため、細胞内でキネシンと微小管の結合速度定数を直接計測する一分子顕微鏡システムを構築した。これにより、細胞内でキネシンと微小管の結合制御を微小管１本、キネシン１分子のレベルで明らかにした。その結果、細胞内には、キネシンとの親和性が異なる微小管が少なくとも４種類存在し、キネシンとの結合自体や微小管のダイナミクス、翻訳後修飾など様々な系によって複雑に制御されていることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27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] The γ-tubulin-specific inhibitor gatastatin reveals temporal requirements of microtubule nucleation during the cell cycle. (2015)
  • 著者名/発表者名: Chinen T, Liu P, Shioda S, Pagel J, Cerikan B, Lin TC, Gruss O, Hayashi Y, Takeno H, Shima T, Okada Y, Hayakawa I, Hayashi Y, Kigoshi H, Usui T, Schiebel E
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 8722
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms9722.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, *Okada Y.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 26 ページ: 1743-1751
  • DOI: doi: 10.1091/mbc.E14-08-1287
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expanded palette of Nano-lanterns for real-time multicolor luminescence imaging. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takai A, Nakano M, Saito K, Haruno R, Watanabe TM, Ohyanagi T, Jin T, *Okada Y, *Nagai T
  • 雑誌名: Proceedings of National Academy of Science, USA 巻: 112 ページ: 4352-4356
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1418468112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compact and stable SNAP ligand-conjugated quantum dots as a fluorescent probe for single-molecule imaging of dynein motor protein. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohyanagi T, Shima T, Okada Y, Tsukasaki Y, Komatsuzaki A, Tsuboi S, Jin T.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 ページ: 14836-14839
  • DOI: DOI: 10.1039/C5CC05526A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞の中で分子モーターが迷子にならない機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 膜生物学・医学学術講演会
  • 発表場所: 神戸大学医学部(兵庫県、神戸市）
  • 年月日: 2016-02-26
  • 招待講演
• [学会発表] 量子脳仮説は荒唐無稽なのか (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第１回量子と生命研究会
  • 発表場所: 阪大Σホール（大阪府、豊中市）
  • 年月日: 2016-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] Cooperative conformational changes of microtubule by kinesin as the mechanism for the spontaneous polarization of the intracellular transport in neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: ホノルル(米国）
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 一分子イメージングによる細胞質内での反応速度定数の直接計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本分子生物学会・日本生化学会合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県、神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: The 2nd East Asia Microscopy Conference
  • 発表場所: 姫路商工会議所（兵庫県、姫路市）
  • 年月日: 2015-11-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 細胞極性制御における自発的対称性の破れと秩序形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 山田研究会「生物と非生物をつなぐ」
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺（静岡県、伊豆市）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] ライブセルイメージングのための高速超解像蛍光顕微鏡の開発 (2015)
  • 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シンポジウム
  • 発表場所: 筑波大学（東京都、文京区）
  • 年月日: 2015-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] 超解像蛍光ライブセルイメージングの現状と課題 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会関西支部平成27年度特別講演会
  • 発表場所: 京都大学黄檗プラザ（京都府、宇治市）
  • 年月日: 2015-10-03
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational switching of tubulin serves as the guidance cue for the intracellular transport by kinesin (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 金沢大学（石川県、金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] スピニングディスク共焦点光学系を利用した高速超解像ライブイメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 第67回細胞生物学会大会シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都、江戸川区）
  • 年月日: 2015-07-02
  • 招待講演
• [学会発表] 1分子イメージングによる細胞質内での反応速度定数の直接計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: ナノメディシン分子科学公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学（東京都、文京区）
  • 年月日: 2015-07-01
  • 招待講演
• [学会発表] Dissecting kinesin regulation through single molecule in cellulo measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: Janelia Conference
  • 発表場所: アシュバーン（米国）
  • 年月日: 2015-05-30 – 2015-06-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超解像・1分子イメージングで探る細胞内物質輸送の制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第71回学術講演会シンポジウム
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府、京都市）
  • 年月日: 2015-05-14
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics (2015)
  • 著者名/発表者名: 岡田康志
  • 学会等名: 9th Asian Biophysics Association Symposium
  • 発表場所: 杭州（中国）
  • 年月日: 2015-05-09 – 2015-05-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 新しいタイプの抗がん剤開発につながる成果 ～γ－チューブリン特異的阻害剤の開発に成功～
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201510301400.html
• [備考] 肉眼でも観察できる！従来の20倍光るタンパク質を開発
  • URL: http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2015/20150324_1
• [備考] シャッター速度世界一の超解像蛍光顕微鏡を開発
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150415_1/
• [備考] 研究最前線 キネシンは、なぜ迷子にならない？
  • URL: http://www.riken.jp/pr/blog/2015/151207_1/