繊毛内タンパク質輸送装置とトランジションゾーンのメゾスケール構造-機能相関の解明
計画研究の概要
一次繊毛は細胞のアンテナとして機能するオルガネラであり、その異常は多様な重篤症状を呈する繊毛病を引き起こす。一次繊毛の形成や機能維持において基盤となるのは、繊毛内に受容体等を輸送する繊毛内タンパク質輸送（Intraflagellar transport: IFT）装置である。また、IFT装置と連携して繊毛タンパク質の出入りを制御しているのは、繊毛の基部に存在するトランジションゾーン（Transition zone: TZ）である。円柱状のTZは直径が約300nm、高さも約300nmの正にメゾスケール複雑体と言える。この極小領域に多種多様なTZタンパク質が集積しているが、それらがどのような構造をとって機能しているかは、光学顕微鏡の分解能の限界に阻まれ解明できていない。本研究ではIFT装置とTZの構造と機能の相関を解明するために、膨張顕微鏡法（Expansion microscopy）と超解像顕微鏡を用いた『超々解像イメージング』を主軸に、生化学的・遺伝学的アプローチを加えた多角的解析を行う。さらに、本学術変革領域の持つ最先端の計測・解析技術を取り入れることでIFT装置とTZのクロススケール構造-機能相関の解明を目指す。
主な研究業績
- Zhou, Z., Qiu, H., Castro-Araya, R.-F., Takei, R., Nakayama, K., and Katoh, Y. (2022) Impaired cooperation between IFT74/BBS22-IFT81 and IFT25-IFT27/BBS19 causes Bardet-Biedl syndrome. Hum. Mol. Genet. 31, 1681–1693
- Ishida, Y., Kobayashi, T., Chiba, S., Katoh, Y., and Nakayama, K. (2021) Molecular basis of ciliary defects caused by compound heterozygous IFT144/WDR19 mutations found in cranioectodermal dysplasia. Hum. Mol. Genet. 30, 213–225
- Kobayashi, T., Ishida, Y., Hirano, T., Katoh, Y., and Nakayama, K. (2021) Cooperation of the IFT-A complex with the IFT-B complex is required for ciliary retrograde protein trafficking and GPCR import. Mol. Biol. Cell. 32, 45–56
- Okazaki, M., Kobayashi, T., Chiba, S., Takei, R., Liang, L., Nakayama, K., and Katoh, Y. (2020) Formation of the B9-domain protein complex MKS1-B9D2-B9D1 is essential as a diffusion barrier for ciliary membrane proteins. Mol. Biol. Cell. 31, 2259–2268
- Katoh, Y., Chiba, S., and Nakayama, K. (2020) Practical method for superresolution imaging of primary cilia and centrioles by expansion microscopy using an amplibody for fluorescence signal amplification. Mol. Biol. Cell. 31, 2195–2206
- Funabashi, T., Katoh, Y., Okazaki, M., Sugawa, M., and Nakayama, K. (2018) Interaction of heterotrimeric kinesin-II with IFT-B-connecting tetramer is crucial for ciliogenesis. J. Cell Biol. 217, 2867–2876
- Nozaki, S., Katoh, Y., Terada, M., Michisaka, S., Funabashi, T., Takahashi, S., Kontani, K., and Nakayama, K. (2017) Regulation of ciliary retrograde protein trafficking by the Joubert syndrome proteins ARL13B and INPP5E. J. Cell Sci. 130, 563–576
- Hirano, T., Katoh, Y., and Nakayama, K. (2017) Intraflagellar transport-A complex mediates ciliary entry and retrograde trafficking of ciliary G protein-coupled receptors. Mol. Biol. Cell. 28, 429–439
- Katoh, Y., Michisaka, S., Nozaki, S., Funabashi, T., Hirano, T., Takei, R., and Nakayama, K. (2017) Practical method for targeted disruption of cilia-related genes by using CRISPR/Cas9-mediated, homology-independent knock-in system. Mol. Biol. Cell. 28, 898–906
- Katoh, Y., Terada, M., Nishijima, Y., Takei, R., Nozaki, S., Hamada, H., and Nakayama, K. (2016) Overall Architecture of the Intraflagellar Transport (IFT)-B Complex Containing Cluap1/IFT38 as an Essential Component of the IFT-B Peripheral Subcomplex. J. Biol. Chem. 291, 10962–10975
- Katoh, Y., Nozaki, S., Hartanto, D., Miyano, R., and Nakayama, K. (2015) Architectures of multisubunit complexes revealed by a visible immunoprecipitation assay using fluorescent fusion proteins. J. Cell Sci. 128, 2351–2362