CLS

Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

東京工業大学
科学技術創成研究院
化学生命科学研究所

LAST UPDATE 2020/06/11

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    若林憲一 Ken-ichi WAKABAYASHI
    准教授 Associate Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所
    Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

    分子生命化学領域
    Molecular bioscience
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    真核生物鞭毛・繊毛
    モータータンパク質
    クラミドモナス
    走光性
    Eukaryotic cilia and flagella
    Motor proteins
    Chlamydomonas reinhardtii
    Phototaxis
研究テーマ
Research Subject
真核生物鞭毛・繊毛の構築と運動調節機構
Molecular basis of construction and motility regulation of eukaryotic cilia and flagella

研究の背景 Background

真核生物の鞭毛・繊毛は、細胞から生えた毛状の「運動する細胞小器官」です。水棲微生物や精子の運動装置としてよく知られていますが、ヒトのさまざまな器官の細胞表面にも存在し、体液循環・受精卵輸送・異物排出など、生命維持のためにさまざまな重要な役割を担っています。鞭毛・繊毛の機能不全が原因のヒト疾患も数多く存在するため、近年、鞭毛・繊毛の構築機構や運動調節機構の理解が重要な課題となっています。

Eukaryotic cilia and flagella are hair-like organelles that beat and generate fluid flow around cells. They are well known as a force generator for small organisms or sperms; in addition, they exist several kinds of organs in human body and play important roles. There are many kinds of diseases caused by ciliary/flagellar dysfunction, called “primary ciliary dyskinesia (PCD)”. To understand the mechanism underlying PCD, it is important to understand the molecular basis of construction of cilia/flagella and that of their motility regulation.

研究の目標 Outcome

私達は、鞭毛・繊毛研究のモデル生物である単細胞緑藻クラミドモナスを用いて、1)鞭毛を構成する500以上のタンパク質が決まった場所に配置されるしくみ2)光合成生物であるクラミドモナスが、光環境の変化に応じて遊泳方向を変化させるしくみを研究しています。1)については、最近鞭毛の長さ方向にモータータンパク質「ダイニン」が規則正しく並ぶメカニズムを明らかにしました。2)については、光合成活性によって変化する細胞内酸化還元状態が、鞭毛の運動調節に重要な役割を果たしていることを見出しました。現在その分子メカニズムの解明に注力しています。

We use the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii as a model to study eukaryotic cilia/flagella (Fig. 1a). The inner structure of cilia/flagella is conserved throughout evolution (called “9+2” structure), and the knowledge obtained from Chlamydomonas can be applied to other organisms including human. Currently we are running two projects: 1) construction of periodic structure of flagella (Fig. 2) and 2) motility regulation of flagella for Chlamydomonas phototaxis.

研究図Research Figure

Fig.1. a) Chlamydomonas reinhardtii cell. It has two flagella, one chloroplast and one eyespot. Bar: 10 µm. b) The 9+2 structure of Chlamydomonas flagellum. Bar: 100 nm. Fig.2. Schematic of construction of 24-nm periodicity of outer-arm dynein on 9+2 structure. The outer-dyneinarm docking complex (ODA-DC) molecules bind to each other on a microtubule in an end-to-end manner and make a 24-nm periodicity at the base of outer-arm dynein. Fig.3.Phototaxis dish assay picture of Chlamydomonas cells after treatment with an oxidant or an anti-oxidant. They switch the sign of phototaxis in a redoxdependent manner.

文献 / Publications

J. Cell Biol., 173, 743 (2006). Cell Motil Cytoskeleton, 66, 736 (2009). P.N.A.S., 108, 11280 (2011). J. Cell Biol., 199, 151(2012). P.N.A.S. 111, 9461 (2014).