Interaction between two motor domains of cytoplasmic dynein stepping along microtubules revealed by cryo-electron microscopy.

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K07327
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 今井 洋 大阪大学, 理学研究科, 助教 (60391869)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: モータータンパク質 / 微小管 / クライオ電子顕微鏡 / クライオ子線トモグラフィ

Outline of Annual Research Achievements

すべての動物細胞内で、細胞内物質が能動的に輸送されている。例えば、大都市に向けて、車両などを使って、食料や医薬品などの生活必需品が農・工業地帯から、輸送されている。この輸送が滞ると都市生活が成り立たない。これと類似して、真核細胞の中では、オルガネラ、成長因子、mRNAなどの様々な物質の輸送が、細胞骨格に沿って、モータータンパク質というタンパク質により輸送されている。この輸送の障害は、細胞死や神経の場合には神経変性疾患と深く関連することが示唆されている。
細胞質ダイニンは、細胞内物質に結合して、細胞骨格である微小管に沿って歩行することで、輸送を行う主要なモータータンパク質である。これまでに、細胞質ダイニンが微小管に沿って歩行を続けるためには、２つのモータードメインが、情報交換を行なっていることが示唆されている。しかし、その構造生物学的な基盤は解明されていない。 そこで、微小管に結合している２つのモータードメイン間の相互作用の構造生物学的な基盤を明らかにすることを目指して研究してきた。昨年までに、この構造のクライオ電子顕微鏡による撮影を行い、得られた画像から3次元再構成を行なった。その結果、２つのモータードメイン間の相互作用を考える上で重要なパラメーターである3次元空間上での２つのモータードメインの距離分布を新たに得た。
また、バックアップのテーマとして、微小管から解離した細胞質ダイニンの構造研究もクライオ電子顕微鏡とネガティブ染色電子顕微鏡法で行なった。その結果、細胞質ダイニンの新規の構造を発見した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universite Paris-Saclay/Universite de Paris(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Universite Paris-Saclay/Universite de Paris
• [Int'l Joint Research] University of London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of London
• [Journal Article] GTP-dependent formation of straight oligomers leads to nucleation of microtubules (2020)
  • Author(s): Rie Ayukawa, Seigo Iwata, Hiroshi Imai, Shinji Kamimura, Masahito Hayashi, Kien Xuan Ngo, Itsushi Minoura, Seiichi Uchimura, Tsukasa Makino, Mikako Shirouzu, Hideki Shigematsu, Ken Sekimoto, Benoit Gigant, Etsuko Muto
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: -
  • DOI: https://doi.org/10.1101/2020.03.05.979989
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of phase-contrast/dark-field microscopy with scanning laser illumination (2019)
  • Author(s): Tsuyoshi Sato, Tomotaka Shirane, Yuuko Wada, Hiroshi Imai, Shinji Kamimura
  • Journal Title: Journal of the Institute of Science and Engineering, Chuo University Volume: 25 Pages: 93-103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] A newly developed negative stain EM method for protein complexes at high protein concentration. 新規に開発した高濃度タンパク質のためのネガティブ染色電子顕微鏡法 (2019)
  • Author(s): Hiroshi Imai, Takayuki Kato, Gerle Christoph, Etsuko Muto, Kaoru Mitsuoka, Genji Kurisu, Keiichi Namba Takahide Kon
  • Organizer: 日本生物物理学会第57回年会
  • Invited
• [Presentation] Structural/functional analysis on MOT7, a novel light chain of ciliary dynein f/I1. 新規繊毛ダイニン軽鎖MOT7の構造機能解析 (2019)
  • Author(s): Ryosuke Yamamoto, Yuuhei Nakagiri, Osamu Kutomi, Hiroshi Imai, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Ken-ichi Wakabayashi, Takashi Ishikawa, Kazuo Inaba, Takahide Kon
  • Organizer: 日本生物物理学会第57回年会
• [Presentation] Cryo-electron tomography revealed localization of a novel ciliary dynein subunit, MOT7. クライオ電子線トモグラフィー法による新規に発見された繊毛ダイニンのサブ ユニットMOT7の局在決定 (2019)
  • Author(s): Ryosuke Yamamoto, Yuuhei Nakagiri, Osamu Kutomi, Hiroshi Imai, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Ken-ichi Wakabayashi, Takashi Ishikawa, Kazuo Inaba, Takahide Kon
  • Organizer: NIPS EM Workshop 2019 生理研研究会.
• [Presentation] Dynamic changes of tubulin dimer configurations on a scale of sub-second revealed by high flux X-ray fiber diffraction (2019)
  • Author(s): Shinji Kamimura, Hiroshi Imai, Toshiki Yagi, Hiroyuki Iwamoto
  • Organizer: 日本生物物理学会第57回年会
• [Book] Handbook of Dynein (Second Edition) (2019)
  • Author(s): Roberts, A., Toropova, K, and Imai, H. (Editor Hirose, K.)
  • Total Pages: 32
  • Publisher: Jenny Stanford Publishing
  • ISBN: 9814800015