Functional analysis of ciliary transition zone by combinatorial use of expansion microscopy and super-resolution microscopy

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細胞外環境を受容する一次繊毛の異常は、網膜変性、嚢胞性腎症、多指などを複合的に呈する先天性疾患 (繊毛病)の発症と密接に関連する。繊毛内腔と細胞質の境界面に位置するトランジションゾーン（TZ）は、繊毛内外の物質交換を制御する拡散障壁またはゲートとして、繊毛内環境の確立・維持を担うことが知られる。TZの構成分子として、これまでに多くの可溶性または膜貫通タンパク質が同定されており、その全てが少なくとも1つ以上の繊毛病で変異している。こうした点から、TZを構成する分子の詳細な役割を明らかにすることは医学的な意味で重要といえるが、TZ構成分子間の相互作用機構や個々の分子の詳細な機能は不明のままである。本研究の目的は、超々解像マルチカラーイメージング (膨張顯微鏡法と超解像顯微鏡を併用する方法)を駆使して明らかになってきた繊毛形成過程でのTZ構築機構やその制御を担う分子システムの全貌解明を足がかりとして、繊毛の機能的区画化におけるTZの役割を明らかにし、繊毛病の発症メカニズムの理解へと繋げることである。これまでに、超解像顕微鏡を用いてTZの構成分子の繊毛形成段階での局在を詳細に解析し、TZは繊毛形成のごく初期に各構成分子が段階的に集積して構築されることを見出した。さらに、ゲノム編集技術CRISPR-Cas9システムにより構築した各種繊毛関連分子のノックアウト (KO)細胞を用いて、TZ構成分子の繊毛基部への集積を制御する分子機構を同定することにも成功した。また、複数のTZ構成分子のKO細胞を構築し、各KO細胞について繊毛内輸送複合体や繊毛局在タンパク質の繊毛局在を検証することで、TZがもつ拡散障壁またはゲートとしての機能を発揮するために必要な分子をそれぞれ特定することに成功した。