クライオ電子線トモグラフィー法によるモータータンパク質運動メカニズム解明

本研究では，液体窒素温度（-196℃）で試料を観察することができる電子顕微鏡（クライオ電子顕微鏡）を用いて，神経細胞内のタンパク質構造を明らかにしようとした．特に，X線CT等と基本原理を同じとする，クライオ電子線トモグラフィ法を用いた．生体を構成する生体分子（タンパク質）の形（構造）と役割（機能）は密接な関係にあり，タンパク質の構造を明らかにすることは，生命を理解する上で重要である．ここでは，神経細胞の糸状仮足（フィロポディア）と呼ばれる構造に注目し，この内部構造の詳細を明らかにしようと試みた．糸状仮足は，細胞運動，細胞分裂，がん細胞の浸潤など，多様で，重要な細胞メカニズムに関与しているにもかかわらず，その機能メカニズムは，十分に解明されていない．今回，電子顕微鏡を用いて，神経細胞の糸状仮足を高い分解能で三次元構造へと再構成することに成功した．これにより，糸状仮足の主要な構成タンパク質である，アクチンフィラメントが，ファシンと呼ばれる束化タンパク質により，束ねられている構造を高い分解能で得た．さらに，この構造から，この二つのタンパク質が相互作用することにより引き起こす構造変化を観測した．また，糸状仮足内でアクチンフィラメントはファシンにより，高い規則性を持って結合しており，非常に綺麗な六方格子状構造を作り出す．私は，電子顕微鏡を用いて得られた高分解能構造を用いて，このアーキテクチャを明らかにした．最終的に，これら二つのタンパク質による，糸状仮足の成長メカニズムを提唱するに至った．本研究により得られた技術・知識を基に，今後は神経細胞内における，細胞内物資輸送タンパク質に注目し，その構造を明らかにすることで，生命メカニズムのさらなる深淵へと迫る．

本研究では，液体窒素温度（-196℃）で試料を観察することができる電子顕微鏡（クライオ電子顕微鏡）を用いて，神経細胞内のタンパク質構造を明らかにしようとした．特に，X線CT等と基本原理を同じとする，クライオ電子線トモグラフィ法を用いた．生体を構成する生体分子（タンパク質）の形（構造）と役割（機能）は密接な関係にあり，タンパク質の構造を明らかにすることは，生命を理解する上で重要である．ここでは，神経細胞の糸状仮足（フィロポディア）と呼ばれる構造に注目し，この内部構造の詳細を明らかにしようと試みた．糸状仮足は，細胞運動，細胞分裂，がん細胞の浸潤など，多様で，重要な細胞メカニズムに関与しているにもかかわらず，その機能メカニズムは，十分に解明されていない．今回，電子顕微鏡を用いて，神経細胞の糸状仮足を高い分解能で三次元構造へと再構成することに成功した．これにより，糸状仮足の主要な構成タンパク質である，アクチンフィラメントが，ファシンと呼ばれる束化タンパク質により，束ねられている構造を高い分解能で得た．さらに，この構造から，この二つのタンパク質が相互作用することにより引き起こす構造変化を観測した．また，糸状仮足内でアクチンフィラメントはファシンにより，高い規則性を持って結合しており，非常に綺麗な六方格子状構造を作り出す．私は，電子顕微鏡を用いて得られた高分解能構造を用いて，このアーキテクチャを明らかにした．最終的に，これら二つのタンパク質による，糸状仮足の成長メカニズムを提唱するに至った．本研究により得られた技術・知識を基に，今後は神経細胞内における，細胞内物資輸送タンパク質に注目し，その構造を明らかにすることで，生命メカニズムのさらなる深淵へと迫る．