Research
＜研究の概要＞
細胞における電気化学ポテンシャル勾配は、細胞膜内外のイオン濃度差による化学ポテンシャル差と、膜電位による電気ポテンシャル差により形成されます。この電気化学ポテンシャルは、生命にとって必須の共通エネルギーとしてさまざまな生命機能に利用されています。一方、がん細胞や一部の疾患において、細胞内のイオン濃度などが正常な細胞とは異なっていることが知られており、このことが病気を引き起こす一因ではないかと考えられています。
実際の生きた細胞の中でイオンや膜電位がどのように働いているかを最新の顕微鏡技術を用いたライブイメージングによって目で見ることができるようにすることにより、電気化学ポテンシャルの生命機能における役割を明らかにしようとしています。
＜研究テーマの紹介＞
(1) 真核生物のシグナル伝達に関する研究
私たちヒトを含む多細胞生物は、細胞と細胞の間でシグナル伝達を行うことで連絡を取り合い、１つの個体として成り立っています。研究室では、シグナル伝達研究のモデル生物である細胞性粘菌を用いて、生物がどのように効率的なシグナル伝達を行っているかを明らかにすることにより、生命科学の根幹を理解しようとしています。
細胞性粘菌の細胞間cAMPシグナル伝達リレーのイメージング
＜関連論文＞
Hayato Ide, Yukihisa Hayashida, Yusuke V. Morimoto* (2023) Visualization of c-di-GMP in multicellular Dictyostelium stages. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 11:1237778.
#Hidenori Hashimura, #Yusuke V. Morimoto*, Yusei Hirayama, Masahiro Ueda (2022) Calcium responses to external mechanical stimuli in the multicellular stage of Dictyostelium discoideum. Scientific Reports 12:12428.
Hidenori Hashimura, Yusuke V. Morimoto*, Masato Yasui, Masahiro Ueda* (2019) Collective cell migration of Dictyostelium without cAMP oscillations at multicellular stages. Communications Biology 2: 34.
(2) 生体分子モーターのエネルギー変換機構に関する研究
多細胞内においても、単細胞においても、１つ１つの細胞の多くは活発に動いています。大腸菌などのバクテリアは、べん毛というしっぽのような運動器官を回転させて推進力を得ることにより、水中を高速で泳ぎまわっています。べん毛の根元には人工モーターにそっくりな回転モーターが存在しており、イオン濃度勾配を利用した効率的なエネルギー変換によって回転しています。生体分子モーターのエネルギー変換機構を明らかにすることで、生命科学だけでなく、工学的なナノマシン研究への知見も得られます。
バクテリアべん毛モーター（CG作製 大阪大学難波研）
＜関連論文＞
Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2020) GFP fusion to the N-terminus of MotB affects the proton channel activity of the bacterial flagellar motor in Salmonella. Biomolecules 10(9): 1255.
Yusuke V. Morimoto, Tohru Minamino (2014) Structure and function of the bi-directional bacterial flagellar motor. Biomolecules 4: 217–234.
Yusuke V. Morimoto, Mariko Ito, Koichi D. Hiraoka, Yong-Suk Che, Fan Bai, Nobunori Kami-ike, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2014) Assembly and stoichiometry of FliF and FlhA in Salmonella flagellar basal body. Molecular Microbiology 91:1214–1226.
Yusuke V. Morimoto, Shuichi Nakamura, Koichi D. Hiraoka, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2013) Distinct roles of highly conserved charged residues at the MotA-FliG interface in bacterial flagellar motor rotation. Journal of Bacteriology 195:474–481.
Yusuke V. Morimoto, Shuichi Nakamura, Nobunori Kami-ike, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2010) Charged residues in the cytoplasmic loop of MotA are required for stator assembly into the bacterial flagellar motor. Molecular Microbiology 78: 1117–1129.
(3) 高感度pHイメージングシステムの開発
細胞や細胞内小器官は、イオン濃度勾配を利用することで、効率的な呼吸や運動、物質輸送を行うことができています。このようなエネルギー変換機構を正確に理解するためには、細胞内のイオン濃度やpHを高精度で定量する必要があります。研究室では、１細胞内局所レベルでの細胞内pHイメージングシステムを開発することで、バクテリア１細胞内にpH勾配があることを明らかにしています。
サルモネラ１細胞レベルでのpHイメージング
＜関連論文＞
Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2016) High-resolution pH imaging of living bacterial cell to detect local pH differences. mBio 7: e01911-16.
Yusuke V. Morimoto, Seiji Kojima, Keiichi Namba, Tohru Minamino (2011) M153R mutation in a pH-sensitive green fluorescent protein stabilizes its fusion proteins. PLoS ONE 6: e19598.