昆虫系統を特徴づける細胞間接着構造の解明と機能分子デザインへの応用

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クラシカルカドヘリンを接着成分とする細胞間接着システムは動物細胞の自己組織化能力と形態形成能力の基盤を成す分子装置である。細胞間の接着界面を構成するカドヘリン細胞外領域は分子長の大きな状態を祖先として、脊椎動物と昆虫の系統で独立に起ったドメイン欠失で異なった短縮化を受けたと考えられている。このことから脊椎動物と昆虫の細胞間接着の構造的仕組みは大きく異なることが示唆されるが、脊椎動物以外でカドヘリン分子間の結合様態を説明するデータは乏しい。本研究では、ショウジョウバエの２つのクラシカルカドヘリン、派生型（昆虫系統特異型、分子長が小さい）DEカドヘリンと祖先型（左右相称動物広範分布型、分子長が大きい）DNカドヘリンに注目し、クラシカルカドヘリンの接着原理と進化原理の解明に挑む。研究の第一段階は、直方体にデザインしたDNAオリガミ構造体を用いてカドヘリンの接着状態をin vitroで再構成し、接着界面の分子様態を直接観察できる実験系を構築することである。22年度の研究では、DNAオリガミ構造体のひとつの側面に等間隔に５カ所のビオチン（bio）修飾部位を設置し、そこにストレプトアビジン（SA) が確実に結合することを、アガロース電気泳動、透過型電子顕微鏡、高速原子間力顕微鏡を用いて確認した。さらに、精製したDEカドヘリンの細胞外領域の断片をSNAPタグを介してビオチン化し、それをDNAオリガミ-bio-SA構造体に連結できることを確認した。並行して、ビオチン化したカドヘリン断片がSAでコートされたマイクロ磁性ビーズ（SAビーズ）に混和後速やかに連結し、短時間の振盪でカドヘリンを介した集合形成が起こることを確認した。この集合形成条件において、SAビーズ表面のカドヘリン分子の平均密度を概算することができ、DNAオリガミ上に配置したbio修飾部位の間隔距離の妥当性を評価することができた。