General mechanism of the bend formation and propagation revealed by the analysis of insect sperm flagella

昆虫精子鞭毛分析揭示弯曲形成和传播的一般机制

• 批准号: 21H02455
• 负责人: 大岩 和弘
• 金额: $ 8.49万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02455/
• 关键词: 鞭毛・繊毛; ダイニン; 顕微操作技術; X線回折; 試験管内機能再構築; 鞭毛; 精子; キイロショウジョウバエ; 細胞運動

本研究は、キイロショウジョウバエ精子鞭毛が示す双方向性の鞭毛波形成と伝播の解析を通して、真核生物鞭毛運動に普遍的に存在するメカニズムを明らかにしようとするもの。１．軸糸のらせん対称性に起因する波形メカニズムのＸ線繊維回折による解明：脱膜モデルによる生理学実験と、生理学環境下で生体ダイナミクスを測定できるシンクロトロン放射光（SPring-8, BL-40-XU)によるＸ線回折を行った。Ca2+濃度変化に対する波形変化と呼応した基本構造周期96nmの高次層線反射強度の変化を認め、軸糸全体のらせん対称性のCa2+濃度依存性が波形転換に関連する可能性を示した。また、クラミドモナスの軸糸構造変異株とホヤ精子を解析し、らせん対称性の変化が中心小管やラジアルスポークに依存しないこと、ホヤとクラミドモナスのCa2+に対するらせん対称性変化の鏡像関係を明らかにした。これらを基に鞭毛波形形成の数理モデル化を進めた。２．自律的振動創発の必須要素の同定とメカニズムの理解：構成生物学的研究手法によって試験管内での鞭毛運動の再現を行なった。軸糸断片を鋳型として伸長させた微小管に、クラミドモナス野生株鞭毛から得た運動活性を持つ外腕ダイニン粗抽出分画を添加、24nm構造周期を持つダイニン-微小管複合体を再構築した。ATP添加でこの複合体が滑り運動を起こし、微小管の周期的座屈現象を創発した。この運動の数理モデルを構築、ダイニンの協働性を推定したこの成果を国際誌Smallに発表した。３．キイロショウジョウバエ精子鞭毛における屈曲波の両方向性伝播メカニズムの解析：運動性のある精子の採取方法を確立、その運動の高速カメラ撮像を可能にし、鞭毛に機械的刺激を与えるためのマニプレーターの設置を完了した。低周波数で大振幅のらせん波と、高周波数で小振幅のらせん波が重層している鞭毛波を記録し、波形パラメータを抽出した。

In this study, the sperm flagellum showed bidirectional flagellar wave formation in the sperm flagellum of eukaryotes and eukaryotes. 1. The cause of symmetry is related to the waveform. The effect of the wave shape on the physiological response is analyzed. In the physiological environment, the physiological measurement is used to determine the radiation emission (SPring-8, BL-40-XU). The X-ray is analyzed. The Ca2+ is more sensitive to the waveform than the basic cycle 96nm, the high-order line reflection strength, the symmetry, the Ca2+ dependence, the waveform, the possibility, the possibility. The sperm was analyzed, the central tubule was symmetrical, the central tubule was changed, the dependence was detected, the Ca2+ was detected, the sperm was symmetrically analyzed, and the central tubule was analyzed. The basic flagellum waveform forms mathematical and physical changes. 2. Self-disciplined vibratory exercise requires that the essential elements are the same as those of the control group. Understand: the biological research method is to induce flagella movement in the tube. The elongation of the microtube and the flagellum of the wild plant obtained the activity of the extraction of the outer wrist, the addition of the drawing, the production cycle of the 24nm and the combination of microtubule and microtubule. ATP adds a complex of slides to start the cycle of microtubules, and the buckling of the cycle of microtubules is like a tortoise. It is necessary to use mathematical information and coordination to presuppose the results of the International Journal of International Journal Small. 3. The analysis of the direction of the sperm flagellum flexion wave in the sperm flagellum: the establishment of the sperm acquisition method, the high-speed video recording of the sperm flagellum, the stimulation of the flagellum machine and the setting of the flagellum machine. Low cycle number, large amplitude wave, high cycle number, small amplitude wave, heavy wave, flagellar wave, wave shape, wave length, wave length, wave number, wave number, wave number

项目成果

The waveform and beat frequency of a sperm flagellum of Drosophila melanogaster

果蝇精子鞭毛的波形和跳动频率

• 发表时间: 2022
• 作者: Sho Tamai;Kosei Sato;Hitoshi Sakakibara;Kazuhiro Oiwa
• 通讯作者: Kazuhiro Oiwa

Jozef Stefan Inst(スロベニア)

约瑟夫斯特凡研究所（斯洛文尼亚）

Reconstitution of the axonemal beating by bottom-up strategy

自下而上策略重建轴索跳动

• 发表时间: 2022
• 作者: Isabella Guido;Kenta Ishibashi;Eberhard Bodenschatz;Andrej Vilfan;Ramin Golestanian;Hitoshi Sakakibara;Kazuhiro Oiwa
• 通讯作者: Kazuhiro Oiwa

Active beating of a reconstituted dynein-microtubule complexes

重组动力蛋白-微管复合物的主动跳动

• 发表时间: 2021
• 作者: Isabella Guido;Kenta Ishibashi;Eberhard Bodenschatz;Andrej Vilfan;Ramin Golestanian;Hitoshi Sakakibara;Kazuhiro Oiwa
• 通讯作者: Kazuhiro Oiwa

MPI. Dynamics Self-Organization(ドイツ)

MPI。动力学自组织（德国）