細胞核が細胞中央へ配置する機構の研究

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04372
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 木村 暁 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (10365447)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 線虫 / 細胞核 / 細胞骨格 / 力

Outline of Annual Research Achievements

細胞核はほとんどの細胞で細胞中央に配置する。このことは細胞分裂時に染色体を均等に娘細胞に分けるために重要である。しかしながら核が中央に配置する機構は未だに解明されていない。報告者は細胞骨格である微小管が細胞質全体において引っ張られることにより細胞核が細胞中央に移動する「細胞質引きモデル」を支持している(Kimura A & Onami, 2005)。さらに、このモデルを達成する機構として「中心体-小胞綱引きメカニズム」を提唱している (Kimura K & Kimura A, 2011)。「中心体-小胞綱引きメカニズム」はエンドソームやリソソームなど細胞内の小胞が微小管上を中心体方向に移動する際に、その反作用力として中心体を引っ張る力を発生し、その力によって中心体及び細胞核が細胞の中央へ移動するというものである。しかし、細胞内で中心体と細胞核の複合体を移動させるのに必要な力の大きさが不明であったために、小胞の移動が十分な力を提供できるかどうか不明であった。報告者らは2016年度、及び2017年度において線虫C. elegansの胚細胞に遠心力をかけることによって、細胞核の移動に必要な力を測定する実験系の確立に成功した。これにより細胞核の移動に必要な力を測定することができ、「中心体-小胞綱引きメカニズム」の妥当性を検証しつつある（論文投稿準備中）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

報告者は細胞核が細胞中央に移動するモデルとして「細胞質引きモデル」を支持している。このモデルを達成する機構として「中心体-小胞綱引きメカニズム」の妥当性を検証するために、細胞核が細胞内で移動するのに必要な力の測定にも取り組んだ。H28年度はアメリカ・ウッズホール海洋生物学研究所で開発された遠心顕微鏡で、この力を測定することに成功した。

Strategy for Future Research Activity

H29年度は力の測定結果について解析を続け、論文発表を行う。本研究は「中心体-小胞綱引きメカニズム」の検証にとどまらず、細胞内で働く力を明らかにする先駆的な研究となることが期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] キュリー研究所(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: キュリー研究所
• [Int'l Joint Research] EMBL(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: EMBL
• [Int'l Joint Research] ウッズホール海洋生物学研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウッズホール海洋生物学研究所
• [Journal Article] Endoplasmic Reticulum-Mediated Microtubule Alignment Governs Cytoplasmic Streaming (2017)
  • Author(s): Kenji Kimura, Alexandre Mamane, Tohru Sasaki, Kohta Sato, Jun Takagi, Ritsuya Niwayama, Lars Hufnagel, Yuta Shimamoto, Jean-Francois Joanny, Seiichi Uchida, and Akatsuki Kimura
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 19 Pages: 399-406
  • DOI: 10.1038/ncb3490
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A genetically encoded probe for live-cell imaging of H4K20 monomethylation. (2016)
  • Author(s): Sato Y., Kujirai T., Arai R., Asakawa H., Ohtsuki C., Horikoshi N., Yamagata K., Ueda J., Nagase T., Haraguchi T., Hiraoka Y., Kimura A., Kurumizaka H., Kimura, H.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 428 Pages: 3885-3902
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 核はどのようにして細胞の中心を見つけるのか？ (2016)
  • Author(s): 谷本博一, 木村健二, 木村暁
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 56 Pages: 271-274
  • DOI: 10.2142/biophys.56.271
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bayesian Inference of Forces Causing Cytoplasmic Streaming in Caenorhabditis elegans Embryos and Mouse Oocytes. (2016)
  • Author(s): Niwayama R., Nagao H., Kitajima T. S., Hufnagel L., Shinohara K., Higuchi T., Ishikawa T., Kimura A.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 11 Pages: e0159917
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0159917
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interphase adhesion geometry is transmitted to an internal regulator for spindle orientation via caveolin-1. (2016)
  • Author(s): Matsumura S., Kojidani T., Kamioka Y., Uchida S., Haraguchi T., Kimura A., and Toyoshima F.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 11858
  • DOI: 10.1038/ncomms11858
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Imaging and modeling of cytoplasmic streaming in the C. elegans embryo. (2016)
  • Author(s): Akatsuki Kimura
  • Organizer: The 54th Annual Meeting of the BSJ.
  • Place of Presentation: Tsukuba
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-25
  • Invited
• [Remarks] 研究室ウェブサイト
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/research/organization-top/laboratories/kimura