計画研究

クロススケール In-cell cryo-ET 技術の開発と上皮組織への応用

計画研究の概要

本領域の推進する「クロススケール細胞計測センター」の中で、我々のグループはクライオ電子線トモグラフィー（Cryo-ET）を用いて、細胞内のメゾ複雑体を含むクロススケール計測を可能とする技術開発を行う。これによって、メゾ複雑体の初期状態→遷移状態→最終状態のスナップショットを高解像度で可視化して、細胞内におけるタンパク質分子の分布・構造・状態を解明できると考える。

この目的のため、主に以下の技術を、上皮細胞をターゲットとして開発をすすめる。
① Cryo-ETから得られる構造に基づいて細胞内のタンパク質を同定するビジュアルプロテオミックス技術（大量の三次元データの処理を杉田班と連携）
② Cryo-CLEM （光学顕微鏡）+ FIB-SEM（試料作成用走査型電顕） + Cryo-ET を組み合わせたクロススケール観察法の確立。この為のマルチ計測プラットフォームの開発（水上班と連携）

主な研究業績

1. H. Takeda, A. Tsutsumi, T. Nishizawa, C. Lindau, J.V. Busto, L.S. Wenz, L. Ellenrieder, K. Imai, S.P. Straub, W. Mossmann, J. Qiu, Y. Yamamori, K. Tomii, J. Suzuki, T. Murata, S. Ogasawara, O. Nureki, T. Becker, N. Pfanner, N. Wiedemann, M. Kikkawa, and T. Endo. Mitochondrial sorting and assembly machinery operates by β-barrel switching. Nature, 590:163-169, 2021
2. Y. Zhang, M. Inoue, A. Tsutsumi, S. Watanabe, T. Nishizawa, K. Nagata, M. Kikkawa, and K. Inaba. Cryo-EM structures of SERCA2b reveal the mechanism of regulation by the luminal extension tail. Sci Adv, 6(33):eabb0147, 2020
3. N. Nishida, Y. Komori, O. Takarada, A. Watanabe, S. Tamura, S. Kubo, I. Shimada, and M. Kikkawa. Structural basis for two-way communication between dynein and microtubules. Nat Commun, 11(1):1038, 2020
4. C. Ito, H. Akutsu, R. Yao, K. Yoshida, K. Yamatoya, T. Mutoh, T. Makino, K. Aoyama, H. Ishikawa, K. Kunimoto, S. Tsukita, T. Noda, M. Kikkawa, and K. Toshimori. Odf2 haploinsufficiency causes a new type of decapitated and decaudated spermatozoa, Odf2-DDS, in mice. Sci Rep, 9(1):14249, 2019
5. Y. Araiso, A. Tsutsumi, J. Qiu, K. Imai, T. Shiota, J. Song, C. Lindau, L. S. Wenz, H. Sakaue, K. Yunoki, S. Kawano, J. Suzuki, M. Wischnewski, C. Schutze, H. Ariyama, T. Ando, T. Becker, T. Lithgow, N. Wiedemann, N. Pfanner, M. Kikkawa, and T. Endo. Structure of the mitochondrial import gate reveals distinct preprotein paths. Nature, 575(7782):395–401, 2019
6. K. Sasaki, K. Shiba, A. Nakamura, N. Kawano, Y. Satouh, H. Yamaguchi, M. Morikawa, D. Shibata, R. Yanase, K. Jokura, M. Nomura, M. Miyado, S. Takada, H. Ueno, S. Nonaka, T. Baba, M. Ikawa, M. Kikkawa, K. Miyado, and K. Inaba. Calaxin is required for cilia-driven determination of vertebrate laterality. Commun Biol, 2:226, 2019
7. R. Danev, H. Yanagisawa, and M. Kikkawa. Cryo-Electron Microscopy Methodology: Current Aspects and Future Directions. Trends Biochem Sci, 44(10):837–848, 2019
8. M. Owa, T. Uchihashi, H. A. Yanagisawa, T. Yamano, H. Iguchi, H. Fukuzawa, K. I. Wakabayashi, T. Ando, and M. Kikkawa. Inner lumen proteins stabilize doublet microtubules in cilia and flagella. Nat Commun, 10(1):1143, 2019
9. E. Hiramoto, A. Tsutsumi, R. Suzuki, S. Matsuoka, S. Arai, M. Kikkawa, and T. Miyazaki. The IgM pentamer is an asymmetric pentagon with an open groove that binds the AIM protein. Sci Adv, 4(10):eaau1199, 2018
10. G. Kasuya, T. Nakane, T. Yokoyama, Y. Jia, M. Inoue, K. Watanabe, R. Nakamura, T. Nishizawa, T. Kusakizako, A. Tsutsumi, H. Yanagisawa, N. Dohmae, M. Hattori, H. Ichijo, Z. Yan, M. Kikkawa, M. Shirouzu, R. Ishitani, and O. Nureki. Cryo-EM structures of the human volume-regulated anion channel LRRC8. Nat Struct Mol Biol, 25(9):797–804, 2018
11. H. Yamaguchi, T. Oda, M. Kikkawa*, and H. Takeda*. Systematic studies of all PIH proteins in zebrafish reveal their distinct roles in axonemal dynein assembly. Elife, 7, 2018. *co-correspondence author
12. T. Oda, T. Abe, H. Yanagisawa, and ,M. Kikkawa. Docking-complex-independent alignment of Chlamydomonas outer dynein arms with 24-nm periodicity in vitro. J Cell Sci, 129(8):1547–1551, 2016
13. T. Oda, H. Yanagisawa, R. Kamiya, and M. Kikkawa. A molecular ruler determines the repeat length in eukaryotic cilia and flagella. Science, 346(6211):857–860, 2014