研究成果

細胞が情報物質を取り込む瞬間の撮影に成功 -生きた細胞の表面を「見る」革新的技術-


2018年07月26日


     吉村成弘 生命科学研究科准教授、吉田藍子 同博士課程学生(現・北海道大学博士研究員)、鈴木勇輝 東北大学助教らと、オリンパス株式会社の研究グループは、細胞が外界の物質を取り込む際の陥入構造を生きた細胞で可視化し、その分子機構に関して新しい知見を手に入れることに成功しました。

     本研究成果は、2018年5月3日に国際学術誌「PLOS Biology」のオンライン版に掲載されました。

    研究者からのコメント

    吉村 准教授

     細胞の表面は、さまざまな情報が出入りする情報・交通の要衝です。本研究室では、細胞表面で働く分子や、細胞膜のダイナミックな動きを、「生きた細胞」においてイメージングする独自の技術をもちいて、その分子機構の解明に取り組んでいます。世界でオンリーワンの技術を駆使して、細胞膜、細胞骨格、膜タンパク質の相互作用がいかに情報伝達を制御するかを解明し、新たな「細胞表層のバイオロジー」を切り開きたいと思っています。

    概要

     細胞膜の陥入(エンドサイトーシス)は、細胞が外界の物質やシグナル分子を取り込む一般的なしくみとして古くから知られていましたが、膜の形態変化を誘導する分子機構に関しては、不明な点が多く残されていました。本研究グループは、「生きた細胞の細胞膜を可視化するための高速走査型プローブ顕微鏡」の開発に取り組み、細胞に与える力を大幅に弱くすることで、細胞膜の形状を数ナノメートル(100万分の1ミリ)の分解能で可視化することに成功しました。さらに、高分解能の蛍光顕微鏡と組み合わせることで、タンパク質の局在を同時に可視化する技術を確立し、エンドサイトーシスに伴う膜形状変化のメカニズムを分子レベルで解明することに成功しました。

     特に、膜の陥入が最終的に細胞膜から切り離されて小胞を形成する際には、周辺に細胞内骨格が一過的に集合し、細胞膜に大きな力を及ぼすことが分かりました。このことは、エンドサイトーシスと細胞骨格との関係を示す重要な成果です。本研究成果は、従来の顕微鏡では不可能であった細胞表層のダイナミックな動きを「目で見て」理解することを可能にした大きな技術革新です。新たな生物学的展開の可能性を十分に秘めた成果であり、エンドサイトーシスのみに留まらず、さまざまな生命現象に応用できると考えられます。

    図:細胞表面では、さまざまな膜タンパク質が細胞外のシグナルを細胞内へと伝達するとともに、膜の陥入(エンドサイトーシス)が細胞外の物質を細胞内に取り込んでいる。この膜の陥入プロセスを生きた細胞で観察するために、先端の鋭利(先端径数ナノメートル)な探針(右上)で細胞表面を高速でなぞる(走査する)顕微鏡を開発し、その可視化に成功した。(©S. Yoshimura, Kyoto University / Art: Tomo Narashima)

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】
    https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2004786

    【KURENAIアクセスURL】
    http://hdl.handle.net/2433/232937

    Aiko Yoshida, Nobuaki Sakai, Yoshitsugu Uekusa, Yuka Imaoka, Yoshitsuna Itagaki, Yuki Suzuki, Shige H. Yoshimura (2018) Morphological changes of plasma membrane and protein assembly during clathrin-mediated endocytosis. PLoS Biology, 16(5):e2004786.


    細胞が情報物質を取り込む瞬間の撮影に成功 -生きた細胞の表面を「見る」革新的技術-
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