2022 Fiscal Year Research-status Report
Extreme-value analysis of neuronal cargo transport
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22K18679
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
林 久美子 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00585979)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 極値統計学 / 軸索輸送 / キネシン / ダイニン / KIF1A / iPSニューロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞ではシナプスの材料などは小胞（荷物）としてパッキングされ、軸索内をタンパク質分子モーター（キネシンとダイニン）に輸送される。分子モーターはアデノシン三リン酸の加水分解からエネルギーを得て微小管上に沿って動く。キネシンは細胞体から末端のシナプス領域に向かう順行性輸送を、ダイニンはシナプス領域から細胞体に向かう逆行性輸送を担当する。輸送方向が異なる２種類の分子モーターの物理性質の相違点を解き明かすことは重要である。これまでタンパク質1分子実験で速度-力関係の相違が報告されている。100nm程度の小胞に蛍光ラベルを施し、生きている神経細胞内で小胞輸送を蛍光イメージングし、動画データから輸送速度を測定する。
マウスや線虫などの軸索輸送の輸送速度データを極値統計解析の再現レベルプロットを用いて解析した結果、キネシンとダイニンで異なる振る舞いを見せた。2022年度はキネシンとダイニンのそれぞれの速度-力関係の理論モデルを構築し、シミュレーションで２つの分子モーターの再現レベルプロットの差異を再現することに成功した。速度-力関係の理論モデルからダイニンの再現レベルプロットの異常性を理解することが出来たと考えている。また、ヒトiPSニューロンの軸索輸送の蛍光顕微鏡動画の試験的な解析（再現レベルプロット）を行い、キネシンによる小胞輸送でマウスとヒトで類似した結果を得た。その結果をアメリカ生物物理学会（67th Biophysical Society）の年会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
極値統計解析の再現レベルプロットは、キネシンとダイニンで異なる振る舞いをするが、差異を説明するミニマルモデルを構築できた。最小誤差法やKS検定を用いたパラメータ推定を行ったものの、ベイズ推定を利用したミニマルモデルのパラメータ推定は達成できていない。健常者のものであるが、ヒトiPSニューロンの軸索輸送の蛍光顕微鏡動画の極値統計解析に着手することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
マウスや線虫などの軸索輸送の輸送速度データへの極値統計解析の応用について、ミニマルモデルの結果とともに論文にまとめる。2022年度に達成できなかったベイズ推定を利用したミニマルモデルのパラメータ推定は、共同研究者を募って対処したい。
また、ヒトiPSニューロンの軸索輸送への極値統計解析の応用を継続し、神経変性疾患の患者由来のiPSニューロンへの応用の足掛かりにする。
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