スケールでリアルタイムに可視化することに世界で初めて成功しました。用いて、2つのカドヘリン分子間の既知の結合構造を同定すると共に、新規の結合構造を発見し、それらの結合構造間の構造変換の過程を明らかにしました。カドヘリンを介した細胞間接着は、私たちのからだの形作りやがん細胞の浸潤等、様々な現象に重要であることから、カドヘリンの結合メカニズムを明らかにすることで、形態形成や疾患発症の原理解明につながることが期待されます。EurekAlert!でも紹介されました。用いて、カドヘリンが既知のXダイマーとストランドスワップダイマー、および新規のS形状ダイマーの3種類の結合構造の二量体を形成していることを発見し、これらの結合構造間の遷移過程を明らかにした。カドヘリンの結合メカニズムを明らかにすることで、形態形成や細胞間接着に関連した疾患発症の原理解明に繋がることが期待される。私たちのからだは、細胞と細胞をつなぐ細胞間接着タンパク質の働きによって形作られ、維持されています。細胞間接着タンパク質の中でも、カドヘリン*1と呼ばれるタンパク質は、形態形成や形態の維持に必須であり、カドヘリンを介した細胞間接着の異常が、がんの浸潤等の疾患に関与することが知られています。形成することで、細胞と細胞をつないでいます。先行研究により、カドヘリンは、Xダイマー*3と呼ばれる中間体構造を経て、ストランドスワップダイマー*4と呼ばれる安定構造を形成し、細胞と細胞をつなぐことが提案されていましたが、実際のダイマー形成過程を直接観察した例はありませんでした。上記のダイマー構造以外の結合様式も提案されているものの、カドヘリンの結合メカニズムは未だに明らかになっていませんでした。用いて、実際の細胞環境に近い条件の溶液中で観察を行いました。高速AFMを用いてカドヘリンの構造と動きをリアルタイムで観察した結果、カドヘリンは主にS形状、cross形状、W形状の3つの異なる形状のダイマーとして存在していることがわかりました。複数の異なるダイマー変異体を作製して観察したところ、異なるダイマー構造間で頻繁に構造を変換する変異体を見出しました。高速AFM観察から、カドヘリンが細胞と細胞をつなぐ過程において、S形状ダイマーがスライド運動することでXダイマーを形成し、さらにXダイマーがフリップ運動することで、ストランドスワップダイマーを形成して、細胞間接着が進行するプロセスを提案している。本研究によって、カドヘリンが従来考えられていたよりも多様なダイマー構造を形成し、複数のステップを経て安定構造に至ることがわかりました。カドヘリンの結合メカニズムは、40年にわたって研究されていますが、そのふるまいの複雑さから、カドヘリンの構造動態を一分子のスケールで解析することが望まれていました。構造解析や溶液計測等の従来からある手法では、複数のカドヘリンの平均化された構造や結合状態しか解析出来ませんでしたが、本研究で用いた高速AFM技術により、個々のカドヘリンのダイマー構造および結合過程を詳細に解析することが可能になりました。カドヘリンの結合メカニズムを一分子のスケールで解析することで、細胞間接着に起因する形態形成や疾患発症の原理解明につながることが期待されます。本研究では、ナノスケールの分解能でカドヘリンのダイマー構造を可視化することに成功しましたが、カドヘリンを構成するアミノ酸の内、ダイマー形成を担う領域を特定するために、さらに高分解能での構造解析に取り組むことが必要です。本研究で新たに発見したS形状ダイマーの結合を担うアミノ酸を特定することにより、その機能的意義を明らかにすることを予定しています。カドヘリンは、ダイマーを形成することで細胞と細胞をつなぎ、さらに複数のダイマーが集合したクラスターを形成することで、細胞間接着を強化することが報告されています。本研究で行った、精製タンパク質のみの観察では、カドヘリンのクラスター形成は観察出来なかったことから、細胞膜の足場等、カドヘリンが実際に機能する細胞環境が、クラスター形成に必要であることが推察されます。カドヘリンが実際に機能する細胞膜上の環境をより精密に再現した観察を行い、カドヘリンのクラスター形成メカニズムの解明に取り組むことで、細胞間接着の強化メカニズムの理解へと繋げていく予定です。カドヘリン細胞表面に存在する棒状のタンパク質であり、相手側の細胞表面のカドヘリンと結合することで細胞と細胞をつなぐ。(ダイマー)2つの分子が物理的・化学的な力によって集合した分子。Xダイマーカドヘリンダイマーの形成過程において一時的に形成されるダイマー構造。ストランドスワップダイマーカドヘリンダイマーの形成過程において最終的に形成されるダイマー構造。接触することで、その表面形状を観察する顕微鏡。スキャンすることにより、その動きを可視化することができる。結晶中に原子が配置した構造。タンパク質の結晶をX線を用いて解析することで、タンパク質を構成する原子の配置を特定することが出来る。冒して子を助ける親の脳~子育てに必須の脳内分子神経回路を同定~母親マウスが自らの身の危険を冒してでも子を助ける行動の一端を担う分子神経機構を発見した。記憶する、海馬の神経活動パターン~なぜ自閉症は友達を記憶しづらいのか?~「友達についての記憶」を思い出している時に、記憶を貯蔵する海馬のニューロンがどのように活動をしているのかを、マウスを用いて明らかにしました。起きている時も寝ている時も、友達を思い出す時には、いつも決まった組み合わせのニューロンの集団が、決まった順番で活動していました。デラウェア大学の研究者は、新しい技術を開発し、微生物コミュニティがどのように相互作用するかを観察しました。コメント目次へトップサイドバータイトルとURLをコピーしました。