協調的アメーバ運動を司る局所的膜電位ゆらぎの計測

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性
• 研究課題/領域番号: 15H01335
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 森本 雄祐 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 (50631777)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 細胞運動 / 膜電位 / 蛍光イメージング

研究実績の概要

本研究課題では、細胞性粘菌などで見られるアメーバ運動において、局所的な膜電位変化が効率的な細胞運動とどのように関係しているかを分子レベルで明らかにすることを目的とし、膜電位の高時空間分解能イメージングにより、１細胞局所での自発的な膜電位ゆらぎの計測を行うことができる実験系の確立を目指している。これまでの研究によって、細胞性粘菌の自発的な膜電位変化を１細胞レベルで高感度に計測することが可能なイメージング手法を確立しており、時間分解能を向上させるための手法も検討している。細胞内イオン濃度と膜電位を同時計測することにより、膜電位変化に関わるイオンの特定にも至っている。また、光遺伝学を応用した光操作手法を用いて自発的膜電位変化に関与している細胞内イオン濃度を制御することで、膜電位を人為的に操作することが可能となっている。光操作した膜電位変化に追従して細胞運動が変化することから、膜電位変化と細胞運動が直接的に関係していることが明らかとなってきている。本研究課題内で実施している高感度での膜電位イメージング手法は、広く様々な細胞に応用できることを目指しており、領域内の共同研究として厚さ200nm以下のらせん菌レプトスピラの定量的膜電位イメージング手法も確立できている（Md Islam et al., 2015）。今後は膜電位イメージングの条件検討を行うことで、より高時空間分解能での計測ができるようにすることにより、局所的な膜電位ゆらぎと細胞運動の関わりを明らかにしていく。

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

細胞性粘菌の膜電位変化を１細胞レベルで高感度に可視化することができるイメージング手法を確立することができた。光操作によって膜電位を変化させると、これに追従して細胞運動が変化することから、膜電位変化と細胞運動が直接的に関係していることが示唆されている。

今後の研究の推進方策

これまでの研究によって、高感度な１細胞レベルでの膜電位イメージングが可能となっているが、より詳細な膜電位ゆらぎの計測を可能とするために、空間分解能だけではなく、膜電位計測の時間分解能の向上を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Domain-swap polymerization drives the self-assembly of the bacterial flagellar motor (2016)
  • 著者名/発表者名: Matthew A.B. Baker, Robert M.G. Hynson, Lorraine A. Ganuelas, Nasim Shah Mohammadi, Chu Wai Liew, Anthony A. Rey, Anthony P. Duff, Andrew E. Whitten, Cy M. Jeffries, Nicolas J. Delalez, Yusuke V. Morimoto, Daniela Stock, Judith P. Armitage, Andrew J. Turberfield, Keiichi Namba, Richard M. Berry and Lawrence K. Lee
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 23 ページ: 197-203
  • DOI: doi: 10.1038/nsmb.3172
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The bacterial flagellar type III export gate complex is a dual fuel engine that can use both H+ and Na+ for flagellar protein export (2016)
  • 著者名/発表者名: Tohru Minamino, Yusuke V. Morimoto, Noritaka Hara, Phillip D. Aldridge and Keiichi Namba
  • 雑誌名: PLOS Pathogens 巻: 12 ページ: e1005495
  • DOI: doi: 10.1371/journal.ppat.1005495
  • 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] FliH and FliI ensure efficient energy coupling of flagellar type III protein export in Salmonella (2016)
  • 著者名/発表者名: Tohru Minamino, Miki Kinoshita, Yumi Inoue, Yusuke V. Morimoto, Kunio Ihara, Satomi Koya, Noritaka Hara, Noriko Nishioka, Seiji Kojima, Michio Homma and Keiichi Namba
  • 雑誌名: Microbiologyopen 巻: - ページ: in press
  • DOI: doi: 10.1002/mbo3.340
  • 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] H+ and Na+ are involved in flagellar rotation of the spirochete Leptospira (2015)
  • 著者名/発表者名: Md. Shafiqul Islam, Yusuke V. Morimoto, Kudo Seishi and Shuichi Nakamura
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 466 ページ: 196-200
  • DOI: doi:10.1016/j.bbrc.2015.09.004
  • 査読あり
• [学会発表] 自発的膜電位変化を伴う走化性シグナル伝達 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 2016年 生体運動合同班会議
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都（京都府京都市）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] 細胞性粘菌におけるシグナル伝達と膜電位変化の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５回日本細胞性粘菌学会例会
  • 発表場所: 弘前大学文京町地区キャンパス（青森県弘前市）
  • 年月日: 2015-10-11
• [学会発表] High-sensitivity fluorescence imaging of membrane potential in Dictyostelium (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 第５３回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 細胞内局所pHと細胞機能の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森本雄祐、上田昌宏
  • 学会等名: 分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトン透過を考える」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2015-04-20