国立大学法人 岡山大学

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エンドサイトーシスにおける「分子ハサミ」の機構解明に前進 ~ダイナミン–アンフィファイジン複合体による膜切断を直接可視化~

2018年01月26日

 岡 山 大 学 
科学技術振興機構(JST)

 岡山大学大学院医歯薬学総合研究科の竹田哲也助教と竹居孝二教授、金沢大学理工研究域バイオAFM先端研究センターの安藤敏夫特任教授、名古屋大学大学院理学研究科の内橋貴之教授らの共同研究チームは、細胞が細胞外物質を細胞内に取り込む経路であるエンドサイトーシスにおいて、膜小胞形成に必要な、ダイナミン–アンフィファイジン複合体による膜切断機構を解明しました。研究チームは、高速AFMと呼ばれる特殊な顕微鏡を用い、膜切断過程におけるダイナミン-アンフィファイジン複合体の動的な構造変化を、直接可視化することに世界に先駆けて成功しました。本研究の成果は1月23日(火)日本時間午前9:01、国際科学誌「eLife」に掲載されました。
 エンドサイトーシスでは、細胞膜の限られた領域が細胞質側に陥入、切断されて小胞が形成されます。その際に、GTPアーゼであるダイナミンとBARドメインを持つ蛋白質アンフィファイジンが、膜の切断部位にらせん状の複合体を形成し、GTPの加水分解に伴う構造変化を起こして膜を切断します。
 X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡解析を用いた先行研究で、ダイナミンやアンフィファイジンの立体構造は既に明らかになっていました。しかし、膜切断過程で起こるダイナミン–アンフィファイジン複合体のダイナミックな構造変化や、アンフィファイジンによるダイナミンの機能調節機構については、これまでほとんど解明されていませんでした。
 本研究の成果は、エンドサイトーシスにおける膜リモデリング機構の解明だけでなく、ダイナミンやアンフィファイジンの機能異常が原因で起こる、神経や筋肉の難病の発症メカニズム解明にもつながることが期待されます。

図1 神経細胞ではシナプスにおいてエンドサイトーシスが活発に行なわれ(左下)、ダイナミン-アンフィファイジン複合体が膜切断に機能する(右下)。本研究では、複合体による膜切断過程を試験管内で再現し(右上)、複合体が“分子ハサミ“として動く様子を観察した。

図2 GTP添加に伴ってクラスター化するダイナミン–アンフィファイジン複合体の高速AFM像。矢頭は、らせん状複合体の1ターンを示す。

図3 ダイナミン–アンフィファイジン複合体による膜切断過程の高速AFM像。複合体クラスター(D-A cluster)の両端で起こる膜の切断(FP.1とFP.2)。

図4 アンフィファイジンによるクラスター調節。ダイナミン–アンフィファイジン複合体(Dynamin+Amphiphysin)とダイナミン単独(Dynamin)で形成されるクラスター構造(括弧)の電子顕微鏡像。

図5 ダイナミン-アンフィファイジン複合体による膜切断モデル。脂質チューブ上で重合したダイナミン–アンフィファイジンのらせん状複合体(A)は、GTPの加水分解に伴ってクラスター化する(B)。複合体はクラスター化と同時に収縮し、発生する張力、ねじれ力、摩擦力などのはたらきで、クラスターに隣接する膜部位が収縮し(C)、複合体のオリゴマー化に伴って膜が切断される(D)。


<論文情報等>論 文 名:Dynamic clustering of dynamin-amphiphysin helices regulates membrane constriction and fission coupled with GTP hydrolysis掲 載 誌:eLife著  者:Tetsuya Takeda, Toshiya Kozai, Huiran Yang, Daiki Ishikuro, Kaho Seyama, Yusuke Kumagai, Tadashi Abe, Hiroshi Yamada, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Kohji TakeiD O I:https://doi.org/10.7554/eLife.30246

<詳しい研究内容について>
エンドサイトーシスにおける「分子ハサミ」の機構解明に前進 ~ダイナミン–アンフィファイジン複合体による膜切断を直接可視化~


<お問い合わせ>
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科
助教 竹田哲也(タケダ テツヤ)
〒700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町2丁目5番1号
Tel:086-235-7125 Fax:086-235-7126

岡山大学大学院医歯薬学総合研究科
教授 竹居孝二(タケイ コウジ)
〒700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町2丁目5番1号
Tel:086-235-7120 Fax:086-235-7126

<報道担当>
岡山大学総務・企画部広報・情報戦略室
〒700-8530 岡山県岡山市北区津島中1丁目1番1号
Tel:086-251-7292 Fax:086-251-7294
E-mail:www-adm@adm.okayama-u.ac.jp

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