研究活動情報

• Cryo-ET of actin cytoskeleton and membrane structure in lamellipodia formation using optogenetics

  Hironori Inaba, Tsuyoshi Imasaki, Kazuhiro Aoyama, Shogo Yoshihara, Hiroko Takazaki, Takayuki Kato, Hidemasa Goto, Kaoru Mitsuoka, Ryo Nitta, Takao Nakata

  2025年06月, iScience

  研究論文（学術雑誌）


• Enhanced axonal transport in large vertebrates: KIF5A adaptations in giraffes and pythons

  Taketoshi Kambara, Lu Rao, Yosuke Yamagishi, Kazuho Ikeda, Daisuke Taniguchi, Tsuyoshi Imasaki, Hideki Shigematsu, Naoki Sakai, Arne Gennerich, Ryo Nitta, Yasushi Okada

  2025年05月


• Dimerization of GAS2 mediates crosslinking of microtubules and F-actin

  Jiancheng An, Tsuyoshi Imasaki, Akihiro Narita, Shinsuke Niwa, Ryohei Sasaki, Tsukasa Makino, Ryo Nitta, Masahide Kikkawa

  Abstract The spectraplakin family protein GAS2 was originally identified as a growth arrest-specific protein, and recent studies have revealed its involvement in multiple cellular processes. Its dual interaction with actin filaments and microtubules highlights its essential role in cytoskeletal organization, such as cell division, apoptosis, and possibly tumorigenesis. However, the structural basis of cytoskeletal dynamics regulation by GAS2 remains unclear. In this study, we present cryo-electron microscopy structures of the GAS2 type 3 calponin homology domain (CH3) in complex with F-actin at 2.8 Å resolution, thus solving the first type CH3 domain structure bound to F-actin and confirming its actin-binding activity. We also provide the first near-atomic resolution cryo-EM structure of the GAS2-GAR domain bound to microtubules and identify conserved microtubule-binding residues. Our biochemical experiments show that GAS2 promotes microtubule nucleation and polymerization, and that its C-terminal region is essential for dimerization, bundling of both F-actin and microtubules, and microtubule nucleation. As mutations leading to expression of C-terminally truncated GAS2 have been linked to hearing loss, these findings suggest that the disruption of GAS2-dependent cytoskeletal organisation could underlie auditory dysfunction.

  Springer Science and Business Media LLC, 2025年04月, The EMBO Journal

  研究論文（学術雑誌）


• Neuronal Populations Involved in Motor Function Show Prominent Expression of Sbno1 During Postnatal Brain Development

  Sunjidmaa Zolzaya, Dai Ihara, Munkhsoyol Erkhembaatar, Shinsuke Ochiai, Ayaka Isa, Mariko Nishibe, Jean-Pierre Bellier, Takahiro Shimizu, Satoshi Kikkawa, Ryo Nitta, Yu Katsuyama

  2025年01月, Journal of Developmental Biology

  研究論文（学術雑誌）


• Left atrial single-cell transcriptomics reveals amphiregulin as a surrogate marker for atrial fibrillation.

  Yuya Suzuki, Takuo Emoto, Shunsuke Sato, Takeshi Yoshida, Mitsuhiko Shoda, Hiromi Endoh, Manabu Nagao, Tomoyo Hamana, Taishi Inoue, Tomohiro Hayashi, Eriko Nitta, Hiroki Konishi, Kunihiko Kiuchi, Mitsuru Takami, Kimitake Imamura, Masayuki Taniguchi, Masatoshi Inoue, Toshihiro Nakamura, Yusuke Sonoda, Hiroyuki Takahara, Kazutaka Nakasone, Kyoko Yamamoto, Kenichi Tani, Hidehiro Iwai, Yusuke Nakanishi, Shogo Yonehara, Atsushi Murakami, Ryuji Toh, Takenao Ohkawa, Tomoyuki Furuyashiki, Ryo Nitta, Tomoya Yamashita, Ken-Ichi Hirata, Koji Fukuzawa

  Atrial fibrillation (AF) is strongly associated with strokes, heart failure, and increased mortality. This study aims to identify the monocyte-macrophage heterogeneity and interactions of these cells with non-immune cells, and to identify functional biomarkers in patients with AF. Therefore, we assess the single cell landscape of left atria (LA), using a combination of single cell and nucleus RNA-seq. Myeloid cells in LA tissue are categorized into five macrophage clusters, three monocyte clusters, and others. Cell-Chat analysis revealed that monocytes and IL1B+ macrophages send epidermal growth factor (EGF) signals to fibroblasts. Amphiregulin (AREG) is the most upregulated gene in monocytes and IL1B+ macrophages in the AF group, compared with healthy controls from other groups. Serum AREG levels are higher in patients with persistent AF. These data suggested that EGF signaling pathway could be a therapeutic target for AF and serum AREG levels provide an effective biomarker for predicting persistent AF.

  2024年12月, Communications biology, 7(1) (1), 1601 - 1601, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）

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• Innervation of the human sternoclavicular joint

  Kenji Emura, Ryo Nitta, Takamitsu Arakawa

  Abstract The sternoclavicular joint (SCJ) functions as the basal joint of the entire upper limb and must move in the proper pattern for normal scapular motion. Afferent sensations from joints, such as proprioception and pain sensation, are important for maintaining the proper motion and condition of joints. Detailed anatomical data are useful for discussing injuries or surgeries that impair the afferent nerve to the SCJ. Nerve branches to SCJs were examined on 12 sides, and the subclavian nerve was investigated on six sides to clarify whether it innervates this joint. On seven of the 12 sides, the SCJ was innervated by two nerves, (1) a branch from the medial supraclavicular nerve that ran medially along the clavicle and (2) a branch from the lateral pectoral nerve that innervated the clavicular head and upper part of the sternocostal head of the pectoralis major. This branch ran medially behind the clavicular head of the pectoralis major and reached the SCJ. In the remaining five sides, the SCJ was innervated solely by the branch from the medial supraclavicular nerve. Subclavian nerves ended within the subclavius muscle or periosteum of the clavicle and were separate from the SCJs. Our data on the route of nerve branches to the SCJ suggest that injury or surgery, such as clavicle fracture or resection of the clavicular head of the pectoralis major for myocutaneous flap transfer, can impair the SCJ's afferent nerve supply.

  Wiley, 2024年08月, Clinical Anatomy

  研究論文（学術雑誌）


• Cryo-electron tomography of the actin cytoskeleton and membrane organization during lamellipodia formation using optogenetics

  Hironori Inaba, Tsuyoshi Imasaki, Kazuhiro Aoyama, Shogo Yoshihara, Hiroko Takazaki, Takayuki Kato, Hidemasa Goto, Kaoru Mitsuoka, Ryo Nitta, Takao Nakata

  Abstract Lamellipodia are sheet-like cellular protrusions crucial for cell migration and endocytosis; their ultrastructure has been extensively studied using electron microscopy. However, the ultrastructure of the actin cytoskeleton during lamellipodia formation remains underexplored. Here, we employed the optogenetic tool PA-Rac1 combined with cryo-electron tomography (cryo-ET) to precisely control Rac1 activation and subsequent freezing via blue light irradiation. This approach enabled detailed structural analysis of newly formed lamellipodia in cells with intact plasma membranes. We successfully visualized lamellipodia with varying degrees of extension, representing different stages of lamellipodia formation. In minor extensions, several unbundled actin filaments formed “Minor protrusions” at several points along the leading edge. For moderately extended lamellipodia, cross-linked actin filaments formed small filopodia-like structures, termed “mini filopodia.” In the most extended lamellipodia, filopodia matured at multiple points along the leading edge, and the number of cross-linked actin filaments running nearly parallel to the leading edge increased throughout the lamellipodia. These observations suggest that actin polymerization begins in specific plasma membrane regions, forming mini filopodia that either mature into full filopodia or detach from the leading edge to form parallel filaments. This turnover of actin structures likely drives lamellipodial protrusion and stabilizes the base, providing new insights into the structural dynamics of the actin cytoskeleton and the mechanisms driving cell migration.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2024年08月


• Structural transitions in kinesin minus-end directed microtubule motility

  Satoki Shibata, Matthew Y. Wang, Tsuyoshi Imasaki, Hideki Shigematsu, Yuanyuan Wei, Chacko Jobichen, Hajime Hagio, J. Sivaraman, Sharyn A. Endow, Ryo Nitta

  Abstract Kinesin motor proteins hydrolyze ATP to produce force for spindle assembly and vesicle transport, performing essential functions in cell division and motility, but the structural changes required for force generation are uncertain. We now report high-resolution structures showing new transitions in the kinesin mechanochemical cycle, including power stroke fluctuations upon ATP binding and a post-hydrolysis state with bound ADP + free phosphate. We find that rate-limiting ADP release occurs upon microtubule binding, accompanied by central β-sheet twisting, which triggers the power stroke – stalk rotation and neck mimic docking – upon ATP binding. Microtubule release occurs with β-strand-to-loop transitions, implying that β-strand refolding induces Pi release and the recovery stroke. The strained β-sheet during the power stroke and strand-to-loop transitions identify the β-sheet as the long-sought motor spring. Teaser Stalk rotation, β-sheet twisting and refolding, and neck mimic docking drive the reversed working stroke of kinesin-14 INTRODUCTION Kinesin family proteins couple ATP hydrolysis to microtubule binding, generating force to produce steps or displacements along microtubules. The mechanism by which kinesins and other cytoskeletal motor proteins produce force is not fully understood. A current hypothesis is that the motors contain a spring-like or elastic element that creates strain under load during nucleotide binding or release, followed by a strain-relieving conformational change that produces force and a working stroke of the motor. The spring has not yet been identified for any motor. The power stroke differs for different motors – it consists of neck linker docking for plus-end directed kinesin-1 or a swing of the helical stalk for minus-end directed kinesin-14. RATIONALE Despite considerable research, the molecular dynamics of the kinesin-14 power stroke are still obscure, impeded by the weak microtubule binding of the motor. We overcame the weak binding by introducing a point mutation into the motor that results in faster ATP hydrolysis than wild type and tighter microtubule binding, which enabled us to resolve the motor mode of action. We now present high-resolution cryo-electron microscopy (cryo-EM) and x-ray structures of key mechanochemical states across the full force-producing cycle of a kinesin dimeric motor. RESULTS The new structures represent five different nucleotide states – two pre-power stroke states, a fluctuating power stroke, and two post-power stroke states. The structures are both microtubule-attached and unattached. They show the motor trapped in previously unreported transition states and reveal new conformational changes involved in energy transduction. The new transition states include a transient state in which the power stroke fluctuates during ATP binding and a new state of a kinesin motor bound to ADP and free Pi prior to phosphate release. The conformational changes include the folding of the kinesin-14 neck mimic into a structure resembling the docked kinesin-1 neck linker, accompanying the power stroke, and previously unreported β-strand-to-loop transitions with stored free energy that potentially induce Pi release and drive the recovery stroke. We interpret the new structures in the context of the hypothesis that the central β-sheet undergoes distortional changes during the mechanochemical cycle that store and release free energy, functioning as the elusive spring of the motors. CONCLUSION The new structures show that force is produced by coupled movements of the helical stalk, central β-sheet, and neck mimic, and uncover structural changes during the power stroke that are conserved among kinesins and myosin. We find that kinesin-14 binds to a microtubule by one head during the mechanical cycle, undergoes rate-limiting ADP release, and changes in conformation during ATP binding and hydrolysis to produce force. Notably, kinesin-14 utilizes the same mechanical strategy for force production as other kinesins but couples the changes to a large swing of the stalk, an innovation derived from myosin that is not observed for kinesin-1 or other kinesin motors. Force is produced by rearranging the binding surfaces of the stalk, strand β1, helices ɑ4 and ɑ6, and the neck mimic, and by twisting and shortening strands of the central β-sheet. These structural changes produce a power stroke – rotation of the helical stalk accompanied by neck mimic docking – during the transition from the nucleotide-free to ATP-bound state, and a reverse stroke after phosphate release that reprimes the motor for the next microtubule binding interaction. Kinesin-14 force production New transition states and structural movements in a model for motor energy transduction and force production: β-sheet twisting stores free energy in the microtubule-bound nucleotide-free (NF) state. A fluctuating power stroke is produced in the ATP state with neck mimic docking in the ADP·Pi state, resembling the kinesin-1 neck linker. This is followed by β-strand-to-loop transitions in the microtubule-bound ADP + free Pi state. Finally, β-sheet refolding drives the recovery stroke for reversion to the ADP state.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2024年07月


• Structural basis of Irgb6 inactivation by Toxoplasma gondii through the phosphorylation of switch I

  Hiromichi Okuma, Yumiko Saijo‐Hamano, Hiroshi Yamada, Aalaa Alrahman Sherif, Emi Hashizaki, Naoki Sakai, Takaaki Kato, Tsuyoshi Imasaki, Satoshi Kikkawa, Eriko Nitta, Miwa Sasai, Tadashi Abe, Fuminori Sugihara, Yoshimasa Maniwa, Hidetaka Kosako, Kohji Takei, Daron M. Standley, Masahiro Yamamoto, Ryo Nitta

  Abstract Irgb6 is a priming immune‐related GTPase (IRG) that counteracts Toxoplasma gondii. It is known to be recruited to the low virulent type II T. gondii parasitophorous vacuole (PV), initiating cell‐autonomous immunity. However, the molecular mechanism by which immunity‐related GTPases become inactivated after the parasite infection remains obscure. Here, we found that Thr95 of Irgb6 is prominently phosphorylated in response to low virulent type II T. gondii infection. We observed that a phosphomimetic T95D mutation in Irgb6 impaired its localization to the PV and exhibited reduced GTPase activity in vitro. Structural analysis unveiled an atypical conformation of nucleotide‐free Irgb6‐T95D, resulting from a conformational change in the G‐domain that allosterically modified the PV membrane‐binding interface. In silico docking corroborated the disruption of the physiological membrane binding site. These findings provide novel insights into a T. gondii‐induced allosteric inactivation mechanism of Irgb6.

  Wiley, 2023年11月, Genes to Cells

  研究論文（学術雑誌）

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• Amyloid deposition through endocytosis in vascular endothelial cells.

  Seiji Nishikage, Akira Fujisawa, Hiromi Endoh, Hirotaka Sakamoto, Tomohide Suzuki, Maki Kanzawa, Shinichi Ishii, Mitsumasa Okano, Eriko Nitta, Kimikazu Yakushijin, Hidesaku Asakura, Kandai Nozu, Ryo Nitta, Yoshio Katayama, Kazuhiko Sakaguchi

  No mechanistic lead is known for establishing AL amyloid deposits in organs. We here report an electron microscopic (EM) analysis in a case of intestinal AL amyloidosis before initiating treatment for amyloidosis. The dense deposits of amyloid fibrils are concentrated around the small blood vessels in the submucosal area in intestinal tissue. Surprisingly, we observed endothelial cells (ECs) of blood vessels containing plenty of endocytotic (pinocytotic) and transcytotic vesicles at the luminal side and above the basement membrane, indicating the one-way active trafficking of either immunoglobulin light chain or pre-assembled amyloid fibrils from the luminal side of ECs to the extraluminal area of ECs. Immunoelectron microscopy displayed that the immuno-gold signals were observed in the vascular cavity and the subendothelial area of amyloid deposits. However, there is no sign of immunoglobulin light chain in pinocytotic vesicles. Therefore, the intestinal ECs may actively pump out mainly the pre-assembled amyloid fibrils (not light chains) from the blood stream into the subendothelial area as a physiological function.

  2023年11月, Experimental hematology, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）

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• CD47 promotes peripheral T cell survival by preventing dendritic cell–mediated T cell necroptosis

  Satomi Komori, Yasuyuki Saito, Taichi Nishimura, Datu Respatika, Hiromi Endoh, Hiroki Yoshida, Risa Sugihara, Rie Iida-Norita, Tania Afroj, Tomoko Takai, Okechi S. Oduori, Eriko Nitta, Takenori Kotani, Yoji Murata, Yoriaki Kaneko, Ryo Nitta, Hiroshi Ohnishi, Takashi Matozaki

  Conventional dendritic cells (cDCs) are required for peripheral T cell homeostasis in lymphoid organs, but the molecular mechanism underlying this requirement has remained unclear. We here show that T cell–specific CD47-deficient ( Cd47^ΔT ) mice have a markedly reduced number of T cells in peripheral tissues. Direct interaction of CD47-deficient T cells with cDCs resulted in activation of the latter cells, which in turn induced necroptosis of the former cells. The deficiency and cell death of T cells in Cd47^ΔT mice required expression of its receptor signal regulatory protein α on cDCs. The development of CD4 ⁺ T helper cell–dependent contact hypersensitivity and inhibition of tumor growth by cytotoxic CD8 ⁺ T cells were both markedly impaired in Cd47^ΔT mice. CD47 on T cells thus likely prevents their necroptotic cell death initiated by cDCs and thereby promotes T cell survival and function.

  Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023年08月, Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(33) (33)

  研究論文（学術雑誌）

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• 非中心体性微小管形成の分子機構

  今崎剛, 仁田亮

  2023年08月, 生化学, 日本語

  [査読有り][招待有り]


• TEAD1 trapping by the Q353R–Lamin A/C causes dilated cardiomyopathy

  Shintaro Yamada, Toshiyuki Ko, Masamichi Ito, Tatsuro Sassa, Seitaro Nomura, Hiromichi Okuma, Mayuko Sato, Tsuyoshi Imasaki, Satoshi Kikkawa, Bo Zhang, Takanobu Yamada, Yuka Seki, Kanna Fujita, Manami Katoh, Masayuki Kubota, Satoshi Hatsuse, Mikako Katagiri, Hiromu Hayashi, Momoko Hamano, Norifumi Takeda, Hiroyuki Morita, Shuji Takada, Masashi Toyoda, Masanobu Uchiyama, Masashi Ikeuchi, Kiminori Toyooka, Akihiro Umezawa, Yoshihiro Yamanishi, Ryo Nitta, Hiroyuki Aburatani, Issei Komuro

  Mutations in the LMNA gene encoding Lamin A and C (Lamin A/C), major components of the nuclear lamina, cause laminopathies including dilated cardiomyopathy (DCM), but the underlying molecular mechanisms have not been fully elucidated. Here, by leveraging single-cell RNA sequencing (RNA-seq), assay for transposase-accessible chromatin using sequencing (ATAC-seq), protein array, and electron microscopy analysis, we show that insufficient structural maturation of cardiomyocytes owing to trapping of transcription factor TEA domain transcription factor 1 (TEAD1) by mutant Lamin A/C at the nuclear membrane underlies the pathogenesis of Q353R -LMNA– related DCM. Inhibition of the Hippo pathway rescued the dysregulation of cardiac developmental genes by TEAD1 in LMNA mutant cardiomyocytes. Single-cell RNA-seq of cardiac tissues from patients with DCM with the LMNA mutation confirmed the dysregulated expression of TEAD1 target genes. Our results propose an intervention for transcriptional dysregulation as a potential treatment of LMNA -related DCM.

  American Association for the Advancement of Science (AAAS), 2023年04月, Science Advances, 9(15) (15)

  研究論文（学術雑誌）

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• Recruitment of Irgb6 to the membrane is a direct trigger for membrane deformation

  Hiroshi Yamada, Tadashi Abe, Hikaru Nagaoka, Eizo Takashima, Ryo Nitta, Masahiro Yamamoto, Kohji Takei

  Irgb6 is a member of interferon γ-induced immunity related GTPase (IRG), and one of twenty “effector” IRGs, which coordinately attack parasitophorous vacuole membrane (PVM), causing death of intracellular pathogen. Although Irgb6 plays a pivotal role as a pioneer in the process of PVM disruption, the direct effect of Irgb6 on membrane remained to be elucidated. Here, we utilized artificial lipid membranes to reconstitute Irgb6-membrane interaction in vitro, and revealed that Irgb6 directly deformed the membranes. Liposomes incubated with recombinant Irgb6 were drastically deformed generating massive tubular protrusions in the absence of guanine nucleotide, or with GMP-PNP. Liposome deformation was abolished by incubating with Irgb6-K275A/R371A, point mutations at membrane targeting residues. The membrane tubules generated by Irgb6 were mostly disappeared by the addition of GTP or GDP, which are caused by detachment of Irgb6 from membrane. Binding of Irgb6 to the membrane, which was reconstituted in vitro using lipid monolayer, was stimulated at GTP-bound state. Irgb6 GTPase activity was stimulated by the presence of liposomes more than eightfold. Irgb6 GTPase activity in the absence of membrane was also slightly stimulated, by lowering ionic strength, or by increasing protein concentration, indicating synergistic stimulation of the GTPase activity. These results suggest that membrane targeting of Irgb6 and resulting membrane deformation does not require GTP, but converting into GTP-bound state is crucial for detaching Irgb6 from the membrane, which might coincident with local membrane disruption.

  Frontiers Media SA, 2022年09月, Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 12, 992198 - 992198, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）


• Structural model of microtubule dynamics inhibition by kinesin-4 from the crystal structure of KLP-12 –tubulin complex

  Shinya Taguchi, Juri Nakano, Tsuyoshi Imasaki, Tomoki Kita, Yumiko Saijo-Hamano, Naoki Sakai, Hideki Shigematsu, Hiromichi Okuma, Takahiro Shimizu, Eriko Nitta, Satoshi Kikkawa, Satoshi Mizobuchi, Shinsuke Niwa, Ryo Nitta

  Kinesin superfamily proteins are microtubule-based molecular motors driven by the energy of ATP hydrolysis. Among them, the kinesin-4 family is a unique motor that inhibits microtubule dynamics. Although mutations of kinesin-4 cause several diseases, its molecular mechanism is unclear because of the difficulty of visualizing the high-resolution structure of kinesin-4 working at the microtubule plus-end. Here, we report that KLP-12, a C. elegans kinesin-4 ortholog of KIF21A and KIF21B, is essential for proper length control of C. elegans axons, and its motor domain represses microtubule polymerization in vitro. The crystal structure of the KLP-12 motor domain complexed with tubulin, which represents the high-resolution structural snapshot of the inhibition state of microtubule-end dynamics, revealed the bending effect of KLP-12 for tubulin. Comparison with the KIF5B-tubulin and KIF2C-tubulin complexes, which represent the elongation and shrinking forms of microtubule ends, respectively, showed the curvature of tubulin introduced by KLP-12 is in between them. Taken together, KLP-12 controls the proper length of axons by modulating the curvature of the microtubule ends to inhibit the microtubule dynamics.

  eLife Sciences Publications, Ltd, 2022年09月, eLife, 11, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）

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• CAMSAP2 organizes a γ-tubulin-independent microtubule nucleation centre through phase separation

  Tsuyoshi Imasaki, Satoshi Kikkawa, Shinsuke Niwa, Yumiko Saijo-Hamano, Hideki Shigematsu, Kazuhiro Aoyama, Kaoru Mitsuoka, Takahiro Shimizu, Mari Aoki, Ayako Sakamoto, Yuri Tomabechi, Naoki Sakai, Mikako Shirouzu, Shinya Taguchi, Yosuke Yamagishi, Tomiyoshi Setsu, Yoshiaki Sakihama, Eriko Nitta, Masatoshi Takeichi, Ryo Nitta

  Microtubules are dynamic polymers consisting of αβ-tubulin heterodimers. The initial polymerization process, called microtubule nucleation, occurs spontaneously via αβ-tubulin. Since a large energy barrier prevents microtubule nucleation in cells, the γ-tubulin ring complex is recruited to the centrosome to overcome the nucleation barrier. However, a considerable number of microtubules can polymerize independently of the centrosome in various cell types. Here, we present evidence that the minus-end-binding calmodulin-regulated spectrin-associated protein 2 (CAMSAP2) serves as a strong nucleator for microtubule formation by significantly reducing the nucleation barrier. CAMSAP2 co-condensates with αβ-tubulin via a phase separation process, producing plenty of nucleation intermediates. Microtubules then radiate from the co-condensates, resulting in aster-like structure formation. CAMSAP2 localizes at the co-condensates and decorates the radiating microtubule lattices to some extent. Taken together, these in vitro findings suggest that CAMSAP2 supports microtubule nucleation and growth by organizing a nucleation centre as well as by stabilizing microtubule intermediates and growing microtubules.

  eLife Sciences Publications, Ltd, 2022年06月, eLife, 11, 英語, 国際誌

  研究論文（学術雑誌）

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• Structural basis of membrane recognition of Toxoplasma gondii vacuole by Irgb6

  Yumiko Saijo-Hamano, Aalaa Alrahman Sherif, Ariel Pradipta, Miwa Sasai, Naoki Sakai, Yoshiaki Sakihama, Masahiro Yamamoto, Daron M Standley, Ryo Nitta

  The p47 immunity-related GTPase (IRG) Irgb6 plays a pioneering role in host defense against Toxoplasma gondii infection. Irgb6 is recruited to the parasitophorous vacuole membrane (PVM) formed by T. gondii and disrupts it. Despite the importance of this process, the molecular mechanisms accounting for PVM recognition by Irgb6 remain elusive because of lack of structural information on Irgb6. Here we report the crystal structures of mouse Irgb6 in the GTP-bound and nucleotide-free forms. Irgb6 exhibits a similar overall architecture to other IRGs in which GTP binding induces conformational changes in both the dimerization interface and the membrane-binding interface. The membrane-binding interface of Irgb6 assumes a unique conformation, composed of N- and C-terminal helical regions forming a phospholipid binding site. In silico docking of phospholipids further revealed membrane-binding residues that were validated through mutagenesis and cell-based assays. Collectively, these data demonstrate a novel structural basis for Irgb6 to recognize T. gondii PVM in a manner distinct from other IRGs.

  Life Science Alliance, {LLC}, 2022年01月, Life Science Alliance, 5(1) (1), e202101149 - e202101149

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• クロマチンリモデリング因子BRMは造血幹細胞を静止期に維持する(The chromatin remodeling factor BRM maintains a quiescent state of the hematopoietic stem cells)

  宮地 洋希, 桐山 大輝, 川端 野乃子, 糸川 直樹, 小出 周平, 山下 真幸, 大島 基彦, 今崎 剛, 須田 年生, 岩間 厚志, 仁田 亮, 仁田 英里子

  (一社)日本血液学会, 2021年09月, 日本血液学会学術集会, 83回, OS1 - 4, 英語


• 【細胞機能の構造生物学】細胞骨格の構造生物学 微小管結合タンパク質

  吉川 知志, 仁田 英里子, 今崎 剛, 仁田 亮

  (公財)金原一郎記念医学医療振興財団, 2020年08月, 生体の科学, 71(4) (4), 298 - 303, 日本語


• Kinesin-binding-triggered conformation switching of microtubules contributes to polarized transport.

  Tomohiro Shima, Manatsu Morikawa, Junichi Kaneshiro, Taketoshi Kambara, Shinji Kamimura, Toshiki Yagi, Hiroyuki Iwamoto, Sotaro Uemura, Hideki Shigematsu, Mikako Shirouzu, Taro Ichimura, Tomonobu M Watanabe, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  Kinesin-1, the founding member of the kinesin superfamily of proteins, is known to use only a subset of microtubules for transport in living cells. This biased use of microtubules is proposed as the guidance cue for polarized transport in neurons, but the underlying mechanisms are still poorly understood. Here, we report that kinesin-1 binding changes the microtubule lattice and promotes further kinesin-1 binding. This high-affinity state requires the binding of kinesin-1 in the nucleotide-free state. Microtubules return to the initial low-affinity state by washing out the binding kinesin-1 or by the binding of non-hydrolyzable ATP analogue AMPPNP to kinesin-1. X-ray fiber diffraction, fluorescence speckle microscopy, and second-harmonic generation microscopy, as well as cryo-EM, collectively demonstrated that the binding of nucleotide-free kinesin-1 to GDP microtubules changes the conformation of the GDP microtubule to a conformation resembling the GTP microtubule.

  2018年12月, The Journal of cell biology, 217(12) (12), 4164 - 4183, 英語, 国際誌

  [査読有り]

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• Structural insight into microtubule stabilization and kinesin inhibition by Tau family MAPs.

  Hideki Shigematsu, Tsuyoshi Imasaki, Chihiro Doki, Takuya Sumi, Mari Aoki, Tomomi Uchikubo-Kamo, Ayako Sakamoto, Kiyotaka Tokuraku, Mikako Shirouzu, Ryo Nitta

  The Tau family microtubule-associated proteins (MAPs) promote microtubule stabilization and regulate microtubule-based motility. They share the C-terminal microtubule-binding domain, which includes three to five tubulin-binding repeats. Different numbers of repeats formed by alternative splicing have distinct effects on the activities of these proteins, and the distribution of these variants regulates fundamental physiological phenomena in cells. In this study, using cryo-EM, we visualized the MAP4 microtubule complex with the molecular motor kinesin-1. MAP4 bound to the C-terminal domains of tubulins along the protofilaments stabilizes the longitudinal contacts of the microtubule. The strongest bond of MAP4 was found around the intertubulin-dimer interface such that MAP4 coexists on the microtubule with kinesin-1 bound to the intratubulin-dimer interface as well. MAP4, consisting of five repeats, further folds and accumulates above the intertubulin-dimer interface, interfering with kinesin-1 movement. Therefore, these cryo-EM studies reveal new insight into the structural basis of microtubule stabilization and inhibition of kinesin motility by the Tau family MAPs.

  2018年12月, The Journal of cell biology, 217(12) (12), 4155 - 4163, 英語, 国際誌

  [査読有り]

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• Recent progress in structural biology: lessons from our research history

  Ryo Nitta, Tsuyoshi Imasaki, Eriko Nitta

  2018年08月, Microscopy

  [査読有り]

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• Structural insights into the altering function of CRMP2 by phosphorylation

  Takuya Sumi, Tsuyoshi Imasaki, Mari Aoki, Naoki Sakai, Eriko Nitta, Mikako Shirouzu, Ryo Nitta

  Japan Society for Cell Biology, 2018年02月, Cell Structure and Function, 43(1) (1), 15 - 23, 英語

  [査読有り]

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• キネシン型分子モーターの多彩な機能を支える分子構造基盤

  仁田亮

  2018年, 顕微鏡, 53(2) (2), 日本語

  [査読有り][招待有り]


• Structural basis for CRMP2-induced axonal microtubule formation

  Shinsuke Niwa, Fumio Nakamura, Yuri Tomabechi, Mari Aoki, Hideki Shigematsu, Takashi Matsumoto, Atsushi Yamagata, Shuya Fukai, Nobutaka Hirokawa, Yoshio Goshima, Mikako Shirouzu, Ryo Nitta

  2017年09月, SCIENTIFIC REPORTS, 7(1) (1), 10681, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

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• 分子モーター研究の新しい方向 キネシンによる微小管の構造変化

  島 知弘, 森川 真夏, 金城 純一, 神原 丈敏, 上村 慎治, 八木 俊樹, 岩本 裕之, 市村 垂生, 渡邉 朋信, 上村 想太郎, 仁田 亮, 岡田 康志, 廣川 信隆

  (一社)日本細胞生物学会, 2017年05月, 日本細胞生物学会大会講演要旨集, 69回, 39 - 39, 日本語

  [査読有り]


• Motility and microtubule depolymerization mechanisms of the Kinesin-8 motor, KIF19A

  Doudou Wang, Ryo Nitta, Manatsu Morikawa, Hiroaki Yajima, Shigeyuki Inoue, Hideki Shigematsu, Masahide Kikkawa, Nobutaka Hirokawa

  2016年09月, ELIFE, 5, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Structural Basis of Backwards Motion in Kinesin-1-Kinesin-14 Chimera: Implication for Kinesin-14 Motility

  Masahiko Yamagishi, Hideki Shigematsu, Takeshi Yokoyama, Masahide Kikkawa, Mitsuhiro Sugawa, Mari Aoki, Mikako Shirouzu, Junichiro Yajima, Ryo Nitta

  2016年08月, STRUCTURE, 24(8) (8), 1322 - 1334, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Motility and Microtubule Depolymerization Mechanisms of the Kinesin-8 motor, KIF19A.

  D. Wang, R. Nitta, M. Morikawa, H. Yajima, S. Inoue, H. Shigematsu, M. Kikkawa, N. Hirokawa

  2016年, MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 27, 英語

  [査読有り]


• X-ray and Cryo-EM structures reveal mutual conformational changes of Kinesin and GTP-state microtubules upon binding

  Manatsu Morikawa, Hiroaki Yajima, Ryo Nitta, Shigeyuki Inoue, Toshihiko Ogura, Chikara Sato, Nobutaka Hirokawa

  2015年05月, EMBO JOURNAL, 34(9) (9), 1270 - 1286, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• New simulated annealing approach considering helix bending applied to determine the 8.8Å structure of 15-protofilament microtubules.

  Ogura T, Yajima H, Nitta R, Hirokawa N, Sato C

  2014年11月, Journal of structural biology, 188(2) (2), 165 - 176, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• キネシン型分子モーターの構造変化と動作機構

  仁田亮

  2014年, 生物物理 (解説), 54(3) (3)

  [査読有り][招待有り]


• Structural Basis for the ATP-Induced Isomerization of Kinesin

  Qing Chang, Ryo Nitta, Shigeyuki Inoue, Nobutaka Hirokawa

  2013年06月, JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY, 425(11) (11), 1869 - 1880, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Conformational changes in tubulin in GMPCPP and GDP-taxol microtubules observed by cryoelectron microscopy

  Hiroaki Yajima, Toshihiko Ogura, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Chikara Sato, Nobutaka Hirokawa

  2012年08月, JOURNAL OF CELL BIOLOGY, 198(3) (3), 315 - 322, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 3H0900 GTP結合状態とGDP結合状態の微小管分子構造における大きな構造変化(細胞生物的課題II:細胞骨格,細胞運動,口頭発表)

  Yajima Hiroaki, Ogura Toshihiko, Nitta Ryo, Okada Yasushi, Sato Chikara, Hirokawa Nobutaka

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2012年, 生物物理, 52, S69, 英語


• The mechanisms of kinesin motor motility: lessons from the monomeric motor KIF1A

  Nobutaka Hirokawa, Ryo Nitta, Yasushi Okada

  2009年12月, NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY, 10(12) (12), 877 - 884, 英語

  [査読有り]


• 分子モーターキネシンのヌクレオチド交換過程の構造的基盤

  仁田 亮, 岡田 康志, 廣川 信隆

  (一社)日本解剖学会, 2009年03月, 解剖学雑誌, 84(Suppl.) (Suppl.), 151 - 151, 日本語

  [査読有り]


• Structural model for strain-dependent microtubule activation of Mg-ADP release from kinesin

  Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  2008年10月, NATURE STRUCTURAL & MOLECULAR BIOLOGY, 15(10) (10), 1067 - 1075, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Structural model for strain-dependent microtubule activation of Mg-ADP release from kinesin

  Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  10, 2008年10月, Nature Structural and Molecular Biology, 15(10) (10), 1067 - 1075, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Crystallization of the Mg-releasing intermediates of kinesin ATPase

  Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  2008年, Nature protoc.

  [招待有り]


• 1SB56 キネシン型分子モーターKIF1AにおけるATP加水分解と構造変化の連鎖(分子モーターシステム : その構造情報の流れと分子メカニズム)

  仁田 亮, 岡田 康志, 廣川 信隆

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年, 生物物理, 45(0) (0), S12, 日本語

  [査読有り]


• KIF1A alternately uses two loops to bind microtubules.

  Ryo Nitta, Masahide Kikkawa, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  The motor protein kinesin moves along microtubules, driven by adenosine triphosphate (ATP) hydrolysis. However, it remains unclear how kinesin converts the chemical energy into mechanical movement. We report crystal structures of monomeric kinesin KIF1A with three transition-state analogs: adenylyl imidodiphosphate (AMP-PNP), adenosine diphosphate (ADP)-vanadate, and ADP-AlFx (aluminofluoride complexes). These structures, together with known structures of the ADP-bound state and the adenylyl-(beta,gamma-methylene) diphosphate (AMP-PCP)-bound state, show that kinesin uses two microtubule-binding loops in an alternating manner to change its interaction with microtubules during the ATP hydrolysis cycle; loop L11 is extended in the AMP-PNP structure, whereas loop L12 is extended in the ADP structure. ADP-vanadate displays an intermediate structure in which a conformational change in two switch regions causes both loops to be raised from the microtubule, thus actively detaching kinesin.

  5684, 2004年07月, Science (New York, N.Y.), 305(5684) (5684), 678 - 83, 英語, 国際誌

  [査読有り]


• A common mechanism for microtubule destabilizers - M type kinesins stabilize curling of the protofilament using the class-specific neck and loops

  T Ogawa, R Nitta, Y Okada, N Hirokawa

  2004年02月, CELL, 116(4) (4), 591 - 602, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 2SA01 キネシン型分子モーターKIF2Cによる微小管脱重合機構の原子モデル(微小管の重合・脱重合 : 原子から細胞そして個体へ)

  岡田 康志, 小川 覚之, 仁田 亮, 廣川 信隆

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2004年, 生物物理, 44(0) (0), S13, 日本語

  [査読有り]


• Primary cardiac angiosarcoma of the right atrium undiagnosed by transvenous endocardial tumor biopsy

  R Nitta, Y Sakomura, K Tanimoto, T Hidai, H Kasanuki, S Aomi, T Nishikawa

  1998年12月, INTERNAL MEDICINE, 37(12) (12), 1023 - 1026, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

• 細胞機能の構造生物学 I.細胞骨格の構造生物学 微小管結合タンパク質

  吉川知志, 仁田英里子, 今崎剛, 仁田亮

  2020年, 生体の科学, 71(4) (4)


• Mutual conformational changes of kinesin and GTP microtubule upon their binding.

  M. Morikawa, H. Yajima, R. Nitta, S. Inoue, T. Ogura, C. Sato, N. Hirokawa

  2014年12月, MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 25, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• クライオ電顕を用いたGTP型/GDP-taxol型微小管におけるtubulinの構造変化

  矢島孔明, 小椋俊彦, 仁田亮, 岡田康志, 佐藤主税, 廣川信隆

  2013年, 日本解剖学会総会・全国学術集会講演プログラム・抄録集, 118th


• Conformational Changes in Tubulin in GMPCPP and GDP-taxol Microtubules Observed by Cryo Electron Microscopy

  H. Yajima, T. Ogura, R. Nitta, Y. Okada, C. Sato, N. Hirokawa

  2012年, MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 23, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• A common mechanism for microtubule destabilizers-M-Type kinesins stabilize curling of the protofilament using the class-specific neck and loops.

  T Ogawa, R Nitta, Y Okada, N Hirokawa

  2004年11月, MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 15, 36A - 36A, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• KIF1A alternately uses two loops to bind microtubules

  R Nitta, M Kikkawa, Y Okada, N Hirokawa

  2004年11月, MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, 15, 278A - 279A, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• A common mechanism for microtubule destabilizers-M-type kinesins stabilize curling of the protofilament using the class-specific neck and loops

  Tadayuki Ogawa, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa

  2004年05月, CELL STRUCTURE AND FUNCTION, 29, 37 - 37, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• Swinging movement of the back door of kinesin generates the alternating use of its two microtubule-binding loops

  Nitta R, M. Kikkawa, Y. Okada, N. Hirokawa

  2004年, Science, 305, 678 - 683

• 微小管結合タンパク質

  吉川知志, 仁田英里子, 今崎剛, 仁田 亮

  分担執筆, 2020年08月


• イメージング時代の構造生命科学

  仁田亮, 今崎剛

  分担執筆, 細胞骨格が制御する細胞内の営みをトランススケールに理解する, 羊土社, 2020年03月


• 新しい臨床を開拓するための分子循環器病学

  今崎剛, 仁田英里子, 仁田亮

  分担執筆, 分子構造解析で何が見えるか, 南山堂, 2019年04月


• 実験医学（2018年5月号）クライオ電子顕微鏡による構造解析が拓く次世代の生命科学・創薬

  仁田亮

  分担執筆, X線とクライオ電顕で微小管モーターの動きに迫る, 羊土社, 2018年05月


• Encyclopedia of Biophysics

  Ryo Nitta, Nobutaka Hirokawa

  分担執筆, Fundamental Properties and Structure of Kinesin, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012年


• 入門 構造生物学

  廣川信隆, 仁田亮

  分担執筆, 生体分子モーター, 共立出版, 2010年04月

• 総括班：クロススケール新生物学

  吉川 雅英, 稲葉 謙次, 水上 進, 田中 元雅, 仁田 亮, 西田 紀貴, 杉田 有治, 山本 林, 倉永 英里奈, 福間 剛士

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 学術変革領域研究(A), 東京大学, 2021年09月10日 - 2026年03月31日

  本研究領域では、分子レベルからオルガネラ・細胞レベルまでの定量的クロススケール計測、特に細胞内における20-500 nm程度の大きさの「メゾ複雑体」の計測も可能にすることにより、どのように生命現象や病気の起源を決定するのかを分子レベルからオルガネラ・細胞レベルまでシームレスに解明することを目指している。 この目的のために、本領域では、分子レベルからメゾ複雑体を定量的に計測できるバーチャルな「クロススケール細胞計測センター」を創設し、総括班がその運営を担っている。このクロススケール観察には、最近急速に発展しつつあるクライオ電子線トモグラフィー（Cryo-ET, 吉川班）を中心に、超解像イメー ジング（水上班）、In-cell NMR（西田班）、In-cell AFM（福間班）を有機的に組み合わせ、また、複数の手法に使える標識の開発、実験データの 統合と解釈の為に大規模計算科学（杉田班）を用いている。また、メゾ複雑体を研究対象とする重要な生物学的課題を持つ研究グループが集まり、クロススケール細胞計測センターを通して緊密に連携する体制を整えている。 本研究領域のホームページを開設し、研究の目的、先端技術紹介、研究内容、成果等について広く一般に公開を行っており、SNSでの情報発信なども行っている。緊密な共同研究を推進するため、計画班代表による領域会議を開催し、また、本領域所属の研究者による班会議をハイブリッドで開催し、動画配信なども行った。


• クロススケール細胞内分子構造動態解析が解明する細胞骨格ネットワーク構築とその破綻

  仁田 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A), 学術変革領域研究(A), 神戸大学, 2021年09月10日 - 2026年03月31日

  学術変革領域「クロススケール新生物学」の中で、本グループは細胞骨格ネットワーク構築とその破綻による疾病発症の分子機構を解明する。本領域で創設されるクロススケール細胞計測センターを活用して、3種の医学・生命科学的課題を遂行するとともに、技術開発へのフィードバックも進めている。 1)非中心体性微小管ネットワーク形成のクロススケール解析：in vitroで、CAMSAPによるLLPSの形成、LLPS内部での重合反応の進行、LLPSから微小管が放射状に伸長する過程を、クライオ電子顕微鏡、TIRF、AFM=高速分子動画を用いて解析している。HeLa細胞では、GFP-tubulinの安定発現株を導入し、微小管ネットワーク形成の時系列のキーフレーム、例えば相分離によるMTOC形成過程や、微小管が放射状に伸び る星状体形成過程の時間軸を共焦点顕微鏡を用いて解析しており、今後、クライオ電子線トモグラフィー解析へ持ち込む。 2)光遺伝学によるタイムラ プスクライオEM技術の開発：Rac1光スイッチによる葉状仮足形成におけるアクチンネットワークの構築過程を材料として、まずはCOS-7細胞を用いて、タイムラプスクライオEM技術を研究開発している。 3)分子から個体のクロススケール解析法の開発―医学応用へ：拡張型心筋症やパーキンソン病などを題材に、ヒトiPS細胞内の分子構造変化をクロススケール計測により捉え、さらに組織レベル・個体レベルへのクロススケール解析法も合わせて開発する。現在、iPS細胞の急速凍結・クライオCLEM観察の条件検討を行っている。


• ゴルジ体を足場にして微小管の集合構造形成を助けるMTCLタンパク質の研究

  鈴木 厚, 仁田 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 横浜市立大学, 2022年04月01日 - 2025年03月31日


• 細胞の極性を担う非中心体性微小管ネットワーク形成機構

  仁田 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 基盤研究(B), 神戸大学, 2022年04月 - 2025年03月


• 臓器連関の包括的理解に基づく認知症関連疾患の克服

  高橋良輔

  内閣府, ムーンショット型研究開発制度, 2020年 - 2024年, 研究分担者


• クライオ電子顕微鏡による細胞内分子構造解析法：微小管形成の場を原子レベルで捉える

  仁田 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽), 挑戦的研究(萌芽), 神戸大学, 2021年07月09日 - 2023年03月31日

  本研究課題では、中心体非依存性微小管ネットワークの形成の場を題材に、クライオ電子顕微鏡法による細胞内分子構造解析法の整備を行っている。 まず、COS7細胞を用いて実験系を整備し、以下の行程を一通り確認した。目的タンパク質を蛍光標識した細胞をグリッド上で培養・急速凍結し、クライオ蛍光顕微鏡で標的分子のグリッド上でのマップを作成する。その後、クライオFIB- SEMを用いて標的部位をクライオ条件のまま薄く削り、クライオ電子線トモグラフィー撮影を行う。そして得られた画像を3次元再構成し、得られた3次元構造の解釈は深層学習またはテンプレートマッチングにより自動化する。 HeLa細胞へGFP-tubulinの安定発現株を導入し、微小管ネットワーク形成の時系列のキーフレーム、例えば相分離によるMTOC形成過程や、微小管が放射状に伸びる星状体形成過程の時間軸を共焦点顕微鏡を用いて解析している。今後、クライオ電子線トモグラフィー解析へ持ち込む。 また、三次元構造のテンプレートともなるCAMSAP2微小管複合体の原子レベルの構造を、クライオ電子顕微鏡単粒子解析法で決定した。


• 心筋メカノバイオロジー機構の解明による心不全治療法の開発

  小室一成

  日本医療研究開発機構, AMED-CREST, 2017年10月 - 2023年03月

  競争的資金


• MTCLタンパク質群による微小管集合構造制御機構の解明

  鈴木 厚, 仁田 亮

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 横浜市立大学, 2019年04月01日 - 2022年03月31日

  私たちの身体を構成する細胞は、それぞれ固有の働きを果たすために、多様な形態を示している。これは、物質の運搬のレールとして働いたり形を支えたりしている細胞内の線維構造・細胞骨格の働きに大きく依存している。本研究においては、そうした細胞骨格の一つ、微小管の集合構造を制御する新しいタンパク質群、MTCLタンパク質群の研究を発展させた。特に本研究ではMTCL2の研究を進め、この分子がゴルジ体という細胞小器官を足場にしながら微小管の架橋・束化に働くことを通じて、細胞運動の方向性の維持に必要な微小管の非対称な組織化に働いていることを明らかにした。


• 細胞の形態・極性制御を司る微小管ネットワーク形成の構造基盤

  仁田亮

  文部科学省：科学研究費補助金(基盤研究(B)), 2019年 - 2021年, 研究代表者

  競争的資金


• クライオ電子顕微鏡を用いた心筋リモデリングの分子基盤の解明

  仁田亮

  文部科学省, 挑戦的研究(萌芽), 2018年06月 - 2020年03月, 研究代表者

  競争的資金


• CAMSAPファミリータンパク質に着目した微小管重合制御の分子機構の解明

  仁田亮

  ひょうご科学技術協会, 学術研究助成, 2019年, 研究代表者

  競争的資金


• クライオ電子顕微鏡を用いた心不全病態解明の新たなアプローチの構築

  仁田亮

  ブリストル・マイヤーズ スクイブ株式会社, 研究助成, 2018年, 研究代表者

  競争的資金


• CRMP2による微小管ダイナミクス制御の相関構造解析

  仁田 亮

  文部科学省, 科学研究費補助金(基盤研究(C)), 基盤研究(C), 国立研究開発法人理化学研究所, 2015年 - 2017年, 研究代表者

  本研究は、微小管結合タンパク質CRMP2の微小管ダイナミクス制御の分子機構解明を通じて神経細胞軸索伸長の制御機構を明らかにする事を目的とし、以下の結果を得た。CRMP2は神経細胞の発生段階において、将来の軸索突起の先端に局在して軸索特有の「軸索型微小管」の重合を促し、効率良く軸索伸長を誘導することで神経細胞極性形成に大きく寄与する。分子モーターキネシンは、CRMP2が誘導した「軸索型微小管」を道標として、軸索突起に選択的に物質輸送を行う。CRMP2のC末端部がリン酸化を受けると、CRMP2 と微小管との静電的反発により軸索型微小管の誘導効果が消失し、軸索誘導から反発へとシグナルが切り替わる。

  競争的資金


• CRMP2 による軸索誘導・反発の分子構 造基盤の解明

  仁田亮

  上原記念生命科学財団, 研究助成, 2017年, 研究代表者

  競争的資金


• 微小管結合タンパク質 CRMP2 の軸索微 小管誘導・反発の分子機構

  仁田亮

  武田科学振興財団, 医学系研究奨励継続 助成, 2017年, 研究代表者

  競争的資金


• クライオ電子顕微鏡による心筋リモ デリングの病理構造基盤の解明と新 規治療法開発に向けたシーズの創出

  仁田亮

  持田記念医学薬学振興財団, 研究助成, 2016年, 研究代表者

  競争的資金


• キネシンモーター分子群の機能と制御の統合生物学的研究

  廣川 信隆, 武井 陽介, 金井 克光, 岡田 康志, 田中 庸介, 仁田 亮, 本間 典子, 三木 玄方, 小川 覚之, 矢島 孔明

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 特別推進研究, 東京大学, 2011年 - 2015年

  主に以下の成果を得た。 1) KIFsの細胞内物質輸送における機能とその制御機構解明の課題について : a) KIF17が脳高次機能をKIF17, NR2Bの転写レベルで制御する。b) KIF17尾部のCaMKIIaによるリン酸化によりNR2Bカーゴの解離と高次脳機能を制御する。c) 刺激の豊かな環境下での飼育による海馬でのシナップス形成の亢進と記憶・学習機能の亢進は、KIF1Aが必須である。d) KIF3AによるN cadherinの荷積みと輸送が神経活動依存性のPKA/CaMKIIaによるリン酸化で亢進する。 2) 細胞内でのKIFsと微小管との相互作用による方向性輸送の解明について : a)方向性輸送の分子機構として、KIF5モーター領域が軸索起始部及び軸索内に優位に局在するGTP beta tubulinに富むGTP型微小管と親和性が強く、それにより軸索方向に進む事を解明。 3) KIFsの個体レベルでの機能の解明と関連疾患の課題について : a) KIF5Aが、GABARAPを介してGABA A受容体を輸送し、その障害により癲癇を起因する。b) KIF13Aは、セロトニン受容体5HT-1Aを輸送しその欠損は、不安症状の亢進を起因する。c) KIF19Aは、微小管プラス端で脱重合活性を持ち線毛の先端で微小管の長さを決め脳室周囲上衣細胞や、卵管上皮の線毛の長さを調節し、体液の流れを制御し、其の欠陥は、水頭症、女性不妊等を起因する。 4) KIFsの情報伝達因子としての新しい機能の解明の課題について : a) KIF12は、膵ベータ細胞で微小管上にSP1-Hsc70と複合体を形成し、それらを安定化させperoxisomeの機能を制御し、oxidative stressを防御し、insulin分泌をコントロールしている。KIF12欠損によりこれらが障害されⅡ型糖尿病を起因する。同じ経路が高脂肪食摂取により起こり、それに伴う病態メカニズムを解明。


• 微小管結合タンパク質 CRMP2 の軸索微 小管誘導・反発の分子機構

  仁田亮

  武田科学振興財団, 医学系研究奨励, 2015年, 研究代表者

  競争的資金


• キネシンモーター分子群による細胞内物質輸送の分子機構:構造、機能、動態及び制御

  廣川 信隆, 中田 隆夫, 金井 克光, 野田 泰子, 武井 陽介, 岡田 康志, 中田 隆夫, 野田 泰子, 金井 克光, 武井 陽介, 岡田 康志, 田中 庸介, 仁田 亮, 本間 典子, 三木 玄方, 小川 覚之, 矢島 孔明

  文部科学省, 科学研究費補助金(特別推進研究), 特別推進研究, 東京大学, 2006年 - 2010年, 連携研究者

  神経細胞を始め全ての細胞機能の基盤となる細胞内輸送機構をその主役であるキネシンスーパーファミリーモーター分子群(KIFs)を中心に解明した。分子細胞生物学、分子遺伝学、構造生物学を駆使して、13種の新しいKIFsの一次構造を決定し、以下を明らかにした。KIF1A/KIF1B beta及びKIF17の解析により、KIFsは、主にアダプター蛋白質を介してカーゴ膜小器官を認識・結合し、カーゴとの乖離は、small G-proteinのGTP加水分解とモーター尾部のリン酸化がその主な機構である。輸送の方向性決定の重要な機構として、軸索微小管が、GTP tubulinに富むことが重要である。KIF4は、活動依存性の神経細胞の生死を決定する鍵分子であり、KIF26Aは、GDNF/Retシグナル伝達の抑制因子として働き、腸管神経節の発生を制御し、KIF16Bは、FGF受容体の輸送により、初期発生に必須であり、KIF17は、NMDA受容体を輸送するだけでなく、リン酸化CREBを介してKIF17,NR2B mRNAの転写,蛋白合成、NR2Aのユビキチン・プロテアゾーム系による分解を制御し、記憶・学習の重要な基盤となることと解明した。Mg^<++>ADPから水分子とMg^<++>が抜ける過程の構造を解明しATP加水分解のほとんどの過程の構造を明らかにして、モーター分子の動く機構を解明した。

  競争的資金


• 細胞内物質輸送の分子機構;分子細胞生物学、構造生物学および分子遺伝学的研究

  廣川 信隆, 岡田 康志, 寺田 純雄, 瀬藤 光利, 中田 隆夫, 金井 克光, 竹田 扇, 野田 泰子, 武井 陽介, 川岸 将彦, 岡田 康志, 仁田 亮, 寺田 純雄, 田中 庸介, 中田 隆夫, 野田 泰子, 武井 陽介

  文部科学省, 科学研究費補助金(COE形成基礎研究費, 特別推進研究(COE)), COE形成基礎研究費, 特別推進研究(COE), 東京大学, 2001年 - 2006年, 連携研究者

  細胞の諸機能にとって必須で、多様かつ重要な生命現象の要となる細胞内物質輸送の分子機構につき以下の成果をあげた。1)哺乳類Kinesin super family蛋白質(KIFs)全遺伝子45個を同定。2)KIFIB betaが、シナップス小胞前駆体を輸送し神経機能、生存に必須でヒト遺伝性神経疾患の原因遺伝子である。3)KIF2Aが微小管を脱重合し神経軸索側枝の伸長を制御することにより神経回路網の形成に必須の役割を持つ。4)KIF3が、ゴルジ装置より形質膜にNcadherinとbeta-cateninを輸送しbeta-cateninの核内での転写因子としての働きを制御し、腫瘍形成を抑制。5)KIF3が発生初期腹側ノードの線毛内で蛋白複合体を輸送、線毛を形成、この線毛の軸が40度後方に傾いた回転運動により胎児外液の左向きのノード流を生じこれがFGFシグナル依存性にノード細胞が放出するSHHとレチノイン酸を含む小胞を左に流し左右を決める遺伝子群の左での発現を誘導する。6)KIF5は、尾部-GRIP1の結合を介してAMPA型グルタミン酸受容体に結合し樹状突起内を輸送。7)KIF5は、重鎖C末に主にmRNA関連の42種の蛋白及びCamKII、ArcのmRNAを含む大型顯粒を結合しこれを樹状突起内で輸送。8)KIF17がmLin10を含む足場蛋白複合体を介してNMDA型グルタミン酸受容体に結合しこれを樹状突起内で輸送し、KIF17を過剰に発現するマウスは、作業記憶、空間記憶などに優れる。9)KIFC3は、上皮細胞内で頂上部へAnnexinXIIIbを含む小胞を輸送し、またゴルジ装置の局在と形態維持に働く。10)軸索および樹状突起への振り分け輸送の機構としてa)モーター領域による軸索起始部の微小管の違いの認識、b)モーター尾部へのカーゴ結合による方向性の制御がある。11)KIFIAモノマー型モーターのoptical trapping,クライオ電子顕微鏡とX線結晶解析によるATP加水分解の5つの過程の解析により、モーターの基本的作動機構が、biased Brownian movementによるものであり其の詳細なメカニズムを解明。12)KIF2が微小管を脱重合する機構を、ATP結合及びADP結合状態のX線結晶解析により解明。

  競争的資金