微小管-タンパク質モータ相互作用によるネットワーク構築とその数理モデル化に成功 ~細胞骨格の操作に~
国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)
微小管-タンパク質モータ相互作用によるネットワーク構築とその数理モデル化に成功 ~細胞の形や硬さを決める細胞骨格の操作技術につながる成果~
【ポイント】
■ 細胞骨格のダイナミクスを試験管内と計算機内でシミュレーションすることに成功
■ 微小管とキネシンが様々なネットワーク構造を作り、大域的な収縮を起こすことを発見
■ 細胞・組織・器官の形態を人為的に制御する技術の開発に貢献するもの
国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT、理事長: 坂内 正夫)未来ICT研究所の大岩 和弘主管研究員、鳥澤 嵩征研究員及び明治大学理工学部の石原 秀至准教授、谷口 大相研究員の研究グループは、微小管とタンパク質モータ・キネシンが自己組織的に形成するネットワークの振る舞いを定量的に明らかにして、その数理モデル化に成功しました。
微小管とキネシンは、細胞の形態形成、細胞分裂や細胞内物質輸送などの重要な生命機能の基盤を担う細胞骨格の主要要素です。このネットワークの動態観察システムの構築と理論モデルの確立は、生命現象の様々な場面で現れる細胞内秩序構造の形成メカニズムの解明とその秩序構造の操作技術につながることが期待されます。この成果は、「Biophysical Journal」2016年7月26日号(電子版: 米国東部時間7月26日(火)正午)に発表され、その表紙を飾ります。
本研究は、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)「生命動態の理解と制御のための基盤技術の創出」研究領域における研究課題「細胞間接着・骨格の秩序形成メカニズムの解明と上皮バリア操作技術の開発」(研究代表者: 月田 早智子)として実施したものです。
【背景】
真核生物の細胞の中には、チューブリンやアクチンと呼ばれるタンパク質が重合してできたフィラメントが張り巡らされて「細胞骨格」と呼ばれる構造を作っています。この細胞骨格は、様々な生命機能において重要な役割を担っています。重合したフィラメントは、それぞれ微小管とアクチンフィラメントと呼ばれます。アクチンフィラメントは、細胞が移動する際に伸長する葉状仮足や細胞が分裂する際の分裂帯に現れ、微小管は、細胞分裂の際に現れる紡錘体や繊毛上皮細胞の細胞膜直下に見られる網目状構造などの広範囲にわたる秩序構造形成に大きな役割を果たしています。これらの細胞骨格に関しては、様々な角度から国際的にも精力的な研究が行われてきました。しかし、細胞骨格の動態という観点では、アクチンフィラメントに関するものが主であり、微小管とその関連タンパク質によるダイナミクスに関する研究は、限定的であり、網羅的に研究されたものはありませんでした。
【今回の成果】
今回、私たち研究チームは、わずか二種類のタンパク質要素、タンパク質モータ・キネシン(キネシン-5)と微小管を、一定の比率で混合してエネルギー源であるATP(アデノシン三リン酸)を加えるだけで、自発的に様々な空間的秩序構造を創り出すことを見いだしました。10マイクロメートルほどの長さしかない微小管が、キネシン-5と相互作用することで、1000倍に及ぶセンチメートルサイズの実験槽全域に広がる安定なネットワークを形成し、それが大域的な収縮を起こして崩壊することなど、これまで報告されていなかった現象を発見しました。また、分子生物学的に改変を加えて収縮力の強化を行った変異体キネシン-5が、微小管が放射状に突き出した星状体を多数出現させるという新しい構造ダイナミクスを明らかにしました。さらに、これらの結果を再現する理論モデルを構築、タンパク質モータの「フィラメントを束化する能力」と「滑り運動能」がネットワーク構築に影響することを定量的に示し、その影響を予見することができるようになりました。
【今後の展望】
細胞骨格のダイナミクスは、細胞の形や振る舞いに影響を与えるだけではなく、細胞集団である組織の形や組織の機能へも影響を与えるものです。わずか二種類のタンパク質の濃度と特性を改変するだけで、細胞骨格の動態を大きく変えられる可能性を示し、その数理モデル化に成功したことで、細胞の機能改変や組織構造変化などの人為的操作を簡潔に行うための技術開発につながるものと期待できます。
くら寿司での不適切行為、実行者から謝罪申し出 厳正対応へ
大谷翔平、サヨナラ3号本塁打「24年MVP記念ボブルヘッド」配布デー、昨年に続く活躍
大谷翔平、第2打席は打球速度178キロの“ホームラン性”右飛 フルスイングに大歓声も
フジ竹俣紅アナ「同僚がこんなにも苦しい時間を…心が痛い」プライムニュース出演で思いを吐露
全身タトゥー公表の元アイドル、「ファンの人に『同じタトゥーを入れたい』と言われたら…」
和田アキ子初登場「ノンストップ」で「何もせえへんけど怖いって言われる」ザワつくスタジオ
ギタリスト木原敏雄さん死去 75歳 矢沢永吉の“盟友” 「モニカ」「六本木心中」なども作曲
【韓流】キム・スヒョン「裸強要疑惑」にも事務所声明 故ソルリさん映画は「露出が条件」と反発
「大谷翔平とムーキー・ベッツ、アスリートとして優れているのはどっち?」に同僚らの答えは…
サヨナラ弾の大谷翔平、観客からの「ボブルヘッドデーなんだからホームラン打てよ」に応える1発
多部未華子(30)結婚の裏事情あまりにも恐ろしすぎると話題に!
「中居正広」Xトレンド入り、第三者委員会の調査報告書にツッコミ殺到「こりゃ酷い」の声
有吉弘行、「感謝祭」で永野芽郁に暴走突撃の江頭2:50について“たったひと言”で言及
笠井信輔アナ、飲食店で隣席の女性に叱責され謝ったのに「自らのストレスを他人に向けて…」
「もう会えなくなるけど、こんな女がいたことも忘れないでね」ヒコロヒー“永久出禁”受け吐露
伝説のロックバンドドラマー、中居正広氏めぐるテレビ番組報道に「ハッキリ言います!」
二階堂ふみが結婚!?お相手が衝撃的過ぎてネット民「マジか・・・」
中居正広氏「ひと段落かな」B氏「動きます」女性A退職時の文面公開されX「最悪」「ヘド出る」
元フジ渡邊渚さんが告白、アナウンサー時代に歯がゆかったこと「私は自分のことを…」
紀藤正樹弁護士「驚きます」 中居正広氏の「見舞金」めぐる言動に唖然
多部未華子(30)結婚の裏事情あまりにも恐ろしすぎると話題に!
二階堂ふみが結婚!?お相手が衝撃的過ぎてネット民「マジか・・・」
堀江貴文氏、炎上ストリートピアノ騒動に“たった5文字”で反応しX賛同多数
「中居正広」Xトレンド入り、第三者委員会の調査報告書にツッコミ殺到「こりゃ酷い」の声
楽しんご、銭湯での男性へのわいせつ行為で逮捕された中孝介容疑者に“8文字”でずばり私見
【おすすめアニメ50選】完結済み!定番から最新作まで!
万引き逮捕の米田哲也容疑者を「ご親族かどなたか助けてあげられないのか」紀藤正樹氏「悲しい」
堺正章が60歳タレントと“禁断の”共演「確かに昔干したよ」「本気でした」激白しスタジオ騒然
【ネタバレ?】史実で見るキングダムの今後の展開まとめ〜中華統一までの全体像
有吉弘行、「感謝祭」で永野芽郁に暴走突撃の江頭2:50について“たったひと言”で言及

くら寿司での不適切行為、実行者から謝罪申し出 厳正対応へ
大谷翔平、サヨナラ3号本塁打「24年MVP記念ボブルヘッド」配布デー、昨年に続く活躍
大谷翔平、第2打席は打球速度178キロの“ホームラン性”右飛 フルスイングに大歓声も
フジ竹俣紅アナ「同僚がこんなにも苦しい時間を…心が痛い」プライムニュース出演で思いを吐露
全身タトゥー公表の元アイドル、「ファンの人に『同じタトゥーを入れたい』と言われたら…」
和田アキ子初登場「ノンストップ」で「何もせえへんけど怖いって言われる」ザワつくスタジオ
ギタリスト木原敏雄さん死去 75歳 矢沢永吉の“盟友” 「モニカ」「六本木心中」なども作曲
【韓流】キム・スヒョン「裸強要疑惑」にも事務所声明 故ソルリさん映画は「露出が条件」と反発
「大谷翔平とムーキー・ベッツ、アスリートとして優れているのはどっち?」に同僚らの答えは…
サヨナラ弾の大谷翔平、観客からの「ボブルヘッドデーなんだからホームラン打てよ」に応える1発