研究室・教員

研究室紹介

超分子機能学講座 Laboratory of Supramolecular Biology
超分子構造学グループ Group of Supra-molecular Structure

准教授
成田 哲博クライオ電子顕微鏡による細胞骨格・モーター蛋白質の構造研究
講師
瀧口 金吾生体膜の動態の分子制御機構
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成田 哲博准教授

私たちは生物学的に重要な機能を担う生体分子(タンパク質、核酸、脂質)やその複合体の立体構造と動態の解析を基盤として生命現象の分子機構を深く理解しようとする学問に取り組んでいます。クライオ電子顕微鏡法、X線結晶解析や原子間力顕微鏡、光学顕微鏡など、多彩な手法を相補的に駆使して構造生物学研究、生体分子動態研究を推進しています。また、生化学的・生物物理学的な機能解析も自分たちの手で行い、学生が将来的に大きく伸びるための幅広い土台作りができるように、教育的配慮をしています。

アクチンフィラメントの研究

アクチンは全ての真核生物に存在し、多くの 生理的に 重要な役割を果たしています。アクチンは細胞の中で繊維状構造(アクチン線維)を作り、その配置が細胞の形を決め、その変化が細胞を動かします。 細胞外との接着、細胞の分裂、筋肉の収縮、神経回路ネットワークの形成にもアクチンが主要な役割を果たしています。


アクチン線維は細胞内で、伸長、短縮を繰り返します。この線維に様々なタンパク質が結合し、その動態を厳密に制御することによって、アクチンは多様な役割を果たしますがその分子構造レベルの機構はほとんどわかっていませんでした。実際にどのような仕組みで、線維が伸張短縮し、どのようにして、それが制御されているのかを私達は研究しています。アクチン分子が線維状態になるときにどのように構造変化するか、線維の伸長をどのように停止し、いらなくなった分子をどのように分解するか、アクチン線維の端の構造がどのように伸長、短縮を制御するかなど多くのことがわかってきました(図1)が、まだまだ多くの謎が残っています。また、国内外の多くの研究室とクライオ電子顕微鏡法や負染色電子顕微鏡法を中心に様々な共同研究を行っています。

生体膜の動態の分子制御機構の解明

リポソーム(人工膜小胞)は生体膜の最も単純化したモデルで、多くの研究に用いられています。このリポソームの水溶液中におけるダイナミクスを、光学顕微鏡を使い直接リアルタイムで観察することによって、生体膜の動態を制御している分子機構の解明を目指しています。リポソームにアクチンを始めとする様々な細胞骨格系タンパク質、分子モーター、あるいは膜作用性ペプチド、界面活性剤を作用させたときに、更には近年注目されている液液相分離現象と共同して引き起こされる現象を観察し、その動的機構を解析していきます。

 

図1

図2

F-BAR ドメイン蛋白質ファミリーによる膜突起形成

F-BAR ドメイン蛋白質ファミリーに属する蛋白質は、エンドサイトーシスやエクソサイトーシス、細胞内での膜小胞輸送などに働いていると考えられている。これらの現象は、何れもチューブ状に膜を変形させることが必要である。写真は、暗視野顕微鏡でリアルタイム観察された蛋白質による膜の変形の様子。これによって、同じファミリーに属する蛋白質でも、変形過程が異なることが初めて明らかにされた。

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