神経細胞の自発的形態形成における少数資源の奪い合いによる自己組織化機構の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Spying minority in biological phenomena -Toward bridging dynamics between individual and ensemble processes-
• Project/Area Number: 26115721
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岡田 康志 独立行政法人理化学研究所, 生命システム研究センター, チームリーダー (50272430)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 微小管 / キネシン / ダイニン / 共同性 / 自発的対称性の破れ

Outline of Annual Research Achievements

発生過程においては、さまざまな自己組織化現象がみられる。その理論的枠組みとして、チューリング型の反応拡散系がよく知られているが、系に関与する分子数が少数である場合には、少数資源の奪い合いによる自己組織化という形でチューリング型の反応拡散系を実装することが可能である。申請者らは、幼若神経細胞の形態形成過程における細胞内輸送の制御機構の研究を通じて、細胞内輸送がランダムに選択された突起に集中することにより神経細胞の自発的な形態形成が行われるという結果を得た。このことは、神経細胞の自発的形態形成・極性形成が、細胞内輸送という少数資源の奪い合いによる自己組織化の好適なモデル系であることを示唆している。
本研究では、in vitro再構成系と培養神経細胞を用いた実験を組み合わせることで、少数資源の奪い合いによる自己組織化モデルの前提となる「細胞内輸送の自己活性化」の検証および分子機構の解明と「細胞内輸送を担うモーター分子の個数の細胞内分布計測」を行う。
前者については、微小管の構造多型と分子モーターの共同性の関係、キネシンおよびダイニンの結合/運動が微小管の構造に与える影響、構造多型認識部位が共同性に与える影響、変異体の細胞内輸送に与える影響の解析などを実施する。
後者については、キネシン分子数の細胞内分布の計測、キネシン自己活性化機構制御による軸索突起形成の人為制御を実施する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ほぼ計画通りに進行している。

Strategy for Future Research Activity

順調に進展しているので、予定通りに進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Expanded palette of Nano-lanterns for real-time multicolor luminescence imaging. (2015)
  • Author(s): Takai A, Nakano M, Saito K, Haruno R, Watanabe TM, Ohyanagi T, Jin T, Okada Y,Nagai T.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 112 Pages: 4352-4356
  • DOI: doi:10.1073/pnas.1418468112
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Super-resolution imaging of nuclear bodies by STEDmicroscopy. (2015)
  • Author(s): Okada Y, Nakagawa S.
  • Journal Title: Meth Mol Biol Volume: 1262 Pages: 21-35
  • DOI: doi: 10.1007/978-1-4939-2253-6_2.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics. (2015)
  • Author(s): Hayashi S, Okada Y.
  • Journal Title: Mol Biol Cell Volume: 26 Pages: 1743-1751
  • DOI: doi: 10.1091/mbc.E14-08-1287.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative analysis of APP axonal transport in neurons: role of JIP1 in enhanced APP anterograde transport. (2014)
  • Author(s): Chiba K, Araseki M, Nozawa K, Furukori K, Araki Y, Matsushima T, Nakaya T,Hata S, Saito Y, Uchida S, Okada Y, Nairn AC, Davis RJ, Yamamoto T, Kinjo M, Taru, H, Suzuki T.
  • Journal Title: Mol Biol Cell Volume: 25 Pages: 3569-3580
  • DOI: doi: 10.1091/mbc.E14-06-1111.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging. (2014)
  • Author(s): Uno SN, Kamiya M, Yoshihara T, Sugawara K, Okabe K, Tarhan MC, Fujita H, Funatsu T, Okada Y, Tobita S, Urano Y.
  • Journal Title: Nature Chemistry Volume: 6 Pages: 681-689
  • DOI: doi: 10.1038/nchem.2002.
  • Peer Reviewed