クロススケール顕微鏡から迫る、メゾ複合体の秩序性と生体機能制御
計画研究の概要
我々が発見した一次繊毛上のメゾ複合体を中心に、その構築メカニズムと生体機能との連関について研究を進める。細胞膜上で脂質やタンパク質分子が動的に集積し形成するラフトは、シグナルの受容・伝達を行うメゾ複合体の典型である。我々は、一次繊毛表面でも同様に機械受容体がクラスター状に集積し、その非対称な分布が初期胚発生における左右軸決定に不可欠であることを発見した。しかし、その形成機構は全く不明である。また、一次繊毛全般で同様の構造が形成され機能していると予想されるが、その実態も明らかにされていない。
本研究では、上記を発展させ、受容体クラスター形成機構を追求する。並行して、身体全体で網羅的に解析するために、新規透明モデル魚を用いて超解像顕微鏡観察から個体全体のライトシート顕微鏡観察と光ピンセット法による力学操作までをシームレスに行うクロススケール光操作顕微鏡を開発する。生体深部における一次繊毛上の受容体クラスターと機能解析を実現し、繊毛膜上の秩序的メゾ複合体による生体機能制御という新たな概念の確立を目指す。
主な研究業績
- Takanobu A. Katoh, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Xiaorei Sai, Katsura Minegishi, Yayoi Ikawa, Hiromi Nishimura, Takeshi Itabashi, Eriko Kajikawa, Sylvain Hiver, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada. Immotile cilia mechanically sense the direction of fluid flow for left-right determination. Science, 379(6627), pp. 66-71, (2023)
- Takanobu A. Katoh, Yohsuke T Fukai, Tomoki Ishibashi. Optical microscopic imaging, manipulation, and analysis methods for morphogenesis research. Microscopy, dfad059, (2023).
- Takanobu A. Katoh, Takashi Daiho, Kazuo Yamasaki, Stefania Danko, Shoko Fujimura, Hiroshi Suzuki. Angle change of the A-domain in a single SERCA1a molecule detected by defocused orientation imaging. Scientific Reports, 11, 13672, (2021)
- Katsutoshi Mizuno, Kei Shiozawa, Takanobu A. Katoh, Katsura Minegishi, Takahiro Ide, Yayoi Ikawa, Hiromi Nishimura, Katsuyoshi Takaoka, Takeshi Itabashi, Atsuko Iwane, Junichi Nakai, Hidetaka Shiratori, Hiroshi Hamada. Role of Ca2+ transients at the node of the mouse embryo in breaking of left-right symmetry. Science Advances, 6(30), eaba1195, (2020)
- Takanobu A. Katoh, Koji Ikegami, Nariya Uchida, Toshihito Iwase, Daisuke Nakane, Tomoko Masaike, Mitsutoshi Setou, Takayuki Nishizaka. Three-dimensional tracking of microbeads attached to the tip of single isolated tracheal cilia beating under external load. Scientific Reports, 8(1) , 15562, (2018)