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2015 年度 実施状況報告書

自己組織的構成法による真核生物鞭毛の運動機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26440089
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

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)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード鞭毛・繊毛運動 / ダイニン / 自己組織化 / 試験管内再構成実験
研究実績の概要

【概要】本研究課題は、医学的重要性が高まっている真核生物の繊毛・鞭毛の構造・機能・制御について、これまで研究代表者が進めてきた「構成要素に分解してその特性を調べる要素還元型研究」に加えて、「特性を明らかにした機能要素を順次組み上げていく構成生物学的研究手法による試験管内での鞭毛運動の再現」を行い、要素が自己組織的・協働的に構造と機能を創出する鞭毛システムの解明に迫るもの。
【学術的背景】繊毛・鞭毛の波打ち運動では、周辺微小管側壁から隣接する周辺微小管に向かって突出する2列のダイニン腕が微小管の間に作り出す「ずり」が原動力となっている。このずりが時間的・空間的に制御されて軸糸の屈曲を生じさせ、鞭毛波が作り出されるとされているが、このメカニズムの詳細は明らかになっていない。一方で、鞭毛軸糸は、それを構成するタンパク質が600種類程度と考えられており、構成生物学的研究手法が使える簡潔性と、システムとしての機能の複雑性を有する格好の研究対象である。
【進捗状況】軸糸断片を鋳型として、チューブリン添加で軸糸末端から微小管の重合を開始、シングレット微小管を伸長させた。この軸糸構造再構築モデルにChlamydomonas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することで、外腕ダイニンの24nm構造周期を持つ軸糸断片-微小管複合体を再構築した。混合比の調整によって、ATP添加によって一部の微小管が滑り運動を起こして座屈を起こす現象を確認した。座屈はすぐに解消されて元の状態に戻ると、再び滑り運動が生じて座屈を起こすことを繰り返した。また、偶発的に再構築軸糸の両端が固定されたモデルでは、シグモイド型の座屈が生じた。微小管屈曲の曲率と繰り返し運動の周期の解析から鞭毛波形成高次制御メカニズムの解明にとって重要な手がかりを得た。

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

軸糸断片を核とした微小管束構造とダイニン外腕の再構築を行った実験系において、一部に滑りが抑制された場合に特徴的なシグモイド型の屈曲を形成することを確認した。また、一端が固定された場合に、屈曲形成を繰り返して行うことが観察された。以上のように、鞭毛波形成再構成という研究上の目的に着実に近づいていることから、おおむね順調に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

鞭毛屈曲運動の再構築は、より実験収率を上げるために軸糸再構築の手順を改良する。さらに、任意の部位での滑り運動阻害を実現するためにパルスレーザーを用いたタンパク質溶接技術の導入を急ぎ、部分的架橋を行い、最終年度に向けて、波形形成と伝播に関わるメカニズムを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

研究成果を取りまとめた論文の発表経費を確保していたが、ジャーナルへ投稿後、複数回のrevisionとなったために、年度内の出版ができなかった。このため、次年度に繰り越しを行った。28年度中に出版できる見込みが出てきており、出版費として執行する予定。

次年度使用額の使用計画

現在審査中の論文が28年度中には採択される見込みとなっているので、その出版の際に要する掲載料、別刷費用として使用する予定。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] X-ray fiber diffraction recordings from oriented demembranated Chlamydomonas flagellar axonemes2015

    • 著者名/発表者名
      Shiori Toba, Hiroyuki Iwamoto, Shinji Kamimura, Kazuhiro Oiwa
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 108 ページ: 2843-2853

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2015.04.039

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Storage and Abrupt Release of Elastic Energy in the Microtubule-EG5 Network.2016

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Torisawa, Daisuke Taniguchi, Shuji Ishihara, and Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      Biophysical Society 60th Annual Meeting
    • 発表場所
      Los Angeles, CA USA
    • 年月日
      2016-02-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Storage and abrupt release of elastic energy in the microtubule network being contractile by kinesin Eg52015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Torisawa, Daisuke Taniguchi, Shuji Ishihara, and Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      55th American Society for Cell Biology, Annual Meeting
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 年月日
      2015-12-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic Alignment and Millimeter-scale Vortex Formation of Microtubules Driven by Different Types of Dynein2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      9th EAI International Conference on Bio-inspired Information and Communications Technologies
    • 発表場所
      Columbia University, New York, USA
    • 年月日
      2015-12-05
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生き物を知り、生き物に学び、生き物を使う -バイオに学ぶICT-2015

    • 著者名/発表者名
      大岩和弘
    • 学会等名
      (公財)新潟工学振興会 平成27年度 技術講演会
    • 発表場所
      新潟大学工学部 (新潟県新潟市西区五十嵐)
    • 年月日
      2015-10-23
    • 招待講演
  • [学会発表] Polar or nematic motion of collective microtubules driven by dyneins2015

    • 著者名/発表者名
      Naoki, Kanatani, Takayuki Torisawa, Hiroaki Kojima, Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 (石川県金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-15
  • [学会発表] Reconstruction of flagellar motility by the bottom up strategy2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Kirima, Misaki Shiraga, Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 (石川県金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-13
  • [学会発表] A regulation factor responsible for switching waveform of Chlamydomonas flagella2015

    • 著者名/発表者名
      Junya Kirima, Misaki Shiraga, Hiroaki Kojima, Kazuhiro Oiwa
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 (石川県金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-13
  • [学会発表] 真核生物鞭毛の運動機構解明に向けたボトムアップ的アプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      大岩和弘
    • 学会等名
      分子ロボティックス研究会
    • 発表場所
      石川四高記念文化交流館(石川県金沢市広坂)
    • 年月日
      2015-07-24
    • 招待講演
  • [備考] 情報通信研究機構 NICTフェロー紹介

    • URL

      http://www.nict.go.jp/about/fellowmember.html

  • [備考] 情報通信研究機構 未来ICT研究所 生体物性グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/advanced_ict/bio/w131102/

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公開日: 2017-01-06  

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