微小管の引張が促進するダイニン物質輸送－新たな細胞制御メカニズムの解明

【研究手法】
　本研究は、引張応力下における細胞内物質輸送の変化を調べるために、量子ドットを輸送するダイニンモータータンパク質を観察しました。この際に引張応力を定量的に与えるために、シリコーンゴム基板を介して引張応力を与えています。

【結果】
　本研究は、ある一定の強さまで微小管に引張応力を加えられるとダイニンによる物質輸送速度が上がり、それ以上の強さの引張応力を加えると物質輸送速度が下がることを示しました。さらに、物質輸送速度に非線形性が生じる理由を解明するために、全原子分子動力学 (MD) シミュレーションを使用して、ダイニンと微小管ユニット間の相互作用エネルギーを明らかにしました。この結果、弱い引張応力による微小管の変形は、ダイニンと微小管の相互作用を弱め、輸送速度を促進することがわかりました。これは、微小管の力学特性が単に受動的ではなく、ダイニンをはじめとするモータータンパク質の機能に積極的に影響し、力が細胞内情報担体として働き、その結果、細胞内輸送ダイナミクスに影響を与えることを示唆しています。ルバイヤ博士、角五教授らは微小管の引張試験とダイニンによる物質輸送の評価、鳥澤博士、大岩博士らはダイニンの発現系の確立とその試料の供与および試験管内運動アッセイに関する助言、山下准教授、池口教授らは全原子分子動力学 (MD) シミュレーションを担当しました。

【波及効果・今後の予定】
　本研究は、細胞内輸送メカニズムの重要な側面、具体的には、微小管への引張応力がダイニンの物質輸送に与える影響を解明しました。微小管に与えられる引張応力が細胞内物質輸送へ与える影響を理解することで、微小管への力学的ストレスを要因とする外傷性脳損傷や微小管の変形が関連するハンチントン病やパーキンソン病などの神経疾患研究への波及が期待されています。例えば、本研究が細胞内物質輸送の欠陥に由来する神経疾患の治療法開発のフレームワークとなることも期待されます。今後、研究グループは反復的に応力を加えることで微小管におよぼす影響と、その結果として微小管の機能がどのように変化するかの調査を予定しています。

【研究プロジェクトについて】
　本研究は、京都大学研究支援・実験補助者雇用制度、文部科学省日本学術振興会科学研究費助成事業（22K18165, 18H05426, JP18H05423, JP21H04434, JP17K19211）、東京大学GAPファンドプログラム、および国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成事業（JPNP20006）の助成を受けたものです。また、東京工業大学のスーパーコンピュータTSUBAME3.0を利用して実施しました。