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

使用冷冻电子断层扫描方法阐明运动蛋白运动机制

• 批准号: 14J06623
• 负责人: 荒牧 慎二
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J06623/
• 关键词: 生物物理; 構造生物学; 電子顕微鏡; 糸状仮足; アクチンフィラメント; ファシン; フィロポディア; モータータンパク質; 生物物理学

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．

在这项研究中，我们试图使用电子显微镜（冷冻电子显微镜）阐明神经元内的蛋白质结构，该电子显微镜允许在液氮温度（-196°C）下观察样品。特别是，我们使用的是冷冻电子束层析成像，该横梁层析成像具有与X射线CT相同的基本原理。构成生物生物体的生物分子（蛋白质）的形状（结构）和作用（功能）密切相关，阐明蛋白质的结构对于理解生命很重要。在这里，我们专注于一种称为神经元的丝状结构，并试图阐明这种内部结构的细节。尽管丝状疾病参与了多种重要的细胞机制，包括细胞运动，细胞分裂和癌细胞侵袭，但尚未完全了解其功能机制。在本文中，我们使用电子显微镜成功地将神经元的丝状症重建为三维结构。这允许形成肌动蛋白丝（丝状蛋白的主要成分蛋白），可以通过称为fascin的捆绑蛋白高分辨率获得。此外，从这种结构中，我们观察到了这两种蛋白质相互作用引起的结构变化。此外，肌动蛋白丝在丝状菌中受到高度规律性的束缚，形成了非常漂亮的六角形晶格般的结构。我使用使用电子显微镜获得的高分辨率结构阐明了这种体系结构。最后，我们提出了这两种蛋白质生长的一种机制。基于这项研究中获得的技术和知识，我们将专注于神经元内的细胞内材料传输蛋白，并阐明其结构，并将探索生命机制的进一步深度。

项目成果

Observation of intracellular complexes of filopodia at molecular resolution with cryo-ET

用冷冻电子断层扫描 (cryo-ET) 在分子分辨率上观察丝状伪足的细胞内复合物

• 发表时间: 2014
• 作者: Shinji Aramaki;Kouta Mayanagi;Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga
• 通讯作者: Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga

Actin Filaments Bundling Mechanisms by Fascin in Filopodia were Revealed with Cryo-ET.

通过 Cryo-ET 揭示了丝状伪足中肌成束蛋白的肌动蛋白丝捆绑机制。

• 发表时间: 2016
• 作者: Shinji Aramaki;Kouta Mayanagi;Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga
• 通讯作者: Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga

Observation of intracellular molecules filopodia with cryo-ET.

冷冻电子断层扫描（cryo-ET）观察细胞内分子丝状伪足。

• 发表时间: 2014
• 作者: Shinji Aramaki;Kouta Mayanagi;Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga
• 通讯作者: Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga

クライオ電子線トモグラフィは細胞内タンパク質複合体構造解析に有力な手法である

冷冻电子断层扫描是细胞内蛋白质复合物结构分析的强大方法。

• 发表时间: 2015
• 作者: Shinji Aramaki;Kouta Mayanagi;Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga;荒牧 慎二，真柳 浩太，青山 一弘，安永 卓生;荒牧 慎二，真柳 浩太，青山 一弘，安永 卓生
• 通讯作者: 荒牧 慎二，真柳 浩太，青山 一弘，安永 卓生

The intracellular architectures of filopodia were observed by cryo-ET at molecular resolution.

通过冷冻电子断层扫描以分子分辨率观察丝状伪足的细胞内结构。

• 发表时间: 2014
• 作者: Shinji Aramaki;Kouta Mayanagi;Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga
• 通讯作者: Kazuhiro Aoyama and Takuo Yasunaga