神経システム生物学研究室

研究分野

>>研究分野メニューはこちら

軸索ガイダンスと細胞移動のメカノバイオロジー

概要

私たち動物の体は、筋肉が生み出す力によって形を変えたり運動したりします。細胞も、体の中でダイナミックに突起を伸ばしたり移動をしたりするのですが、どのようにしてそのための力を生み出すのかよく解っていません。
約20年前、伸びる神経軸索の先端や移動する細胞の先端のアクチン線維がエンジンのような動きをすることが報告されました。また、伸びる軸索や移動する細胞の先端には路面をとらえるタイヤの役目を果たす「細胞接着分子」も存在します。そこで、軸索伸長や細胞移動の仕組みのひとつとしてエンジンとタイヤを結びつける「クラッチ分子」が軸索の先端に存在すれば、エンジンの動きをタイヤに伝えて自在に神経が伸びるという説（クラッチ仮説）が提唱されました1。しかし、この様な「クラッチ分子」の正体は長らく謎であり、クラッチの仕組みが本当に存在するのかも不明でした。私たちはShootin1という軸索を伸ばすタンパク質を同定し、これが軸索を伸ばすクラッチ分子として働くことを世界に先駆けて発見しました（図）。現在クラッチメカニズムを構成する分子ネットワークの全容解明を目指して研究しています。また、細胞が生み出す力を定量するために、ナノビーズやマイクロビーズを用いた計測システムを構築しています。このような研究を通じて、細胞がいかにして形づくりや移動のための力を生み出すかを分子レベルで理解することを目指しています。

Laminin上の軸索ガイダンス（走触性）の解析（業績4）

移動する細胞が生み出す力を牽引力顕微鏡で計測する（黄色矢印）（業績2）

研究紹介動画

  • Inagaki N, Mechanobiology of Actin-Driven Neuronal Network Formation, International Symposium on Actin Assembly for Intracellular Functions, February 20, 2020, Freiburg, Germany. (こちらから視聴できます。)
  • 稲垣直之, Shootinを介した軸索ガイダンスと細胞移動, 第15回認識と形成研究会, 2018年9月22日, 名古屋(日本語). (See here)

関連業績

  1. Qiu Z, Minegishi T, Aoki D, Abe K, Baba K, Inagaki N, (2024)
    Adhesion-clutch between DCC and netrin-1 mediates netrin-1–induced axonal haptotaxis, Front Mol Neurosci, 17:1307755. (LINK)
  2. Kastian RF, Baba K, Kaewkascholkul N, Sasaki H, Watanabe R, Toriyama M, Inagaki N, (2023)
    Dephosphorylation of neural wiring protein shootin1 by PP1 phosphatase regulates netrin-1-induced axon guidance. J Biol Chem. , 299, 104687. (LINK)
  3. Minegishi T, Fujikawa R, Kastian RF, Sakumura Y, Inagaki N, (2021)
    Analyses of actin dynamics, clutch coupling and traction force for growth cone advance, J. Vis. Exp. e63227. (LINK)
  4. Abe K, Baba K, Huang L, Koay TW, Okano K, Hosokawa Y and Inagaki N, (2021)
    Mechanosensitive Axon Outgrowth Mediated by L1–Laminin Clutch Interface.Biophys. J. 120, 3566-3576. (LINK)
  5. Minegishi T. and Inagaki N. (2020)
    Forces to drive neuronal migration steps, Front. Cell Dev. Biol. 8, 863, 2020 (LINK)
  6. Urasaki, A., Morishita, S., Naka, K., Uozumi, M., Abe, K., Huang, L., Watase, E., Nakagawa, O., Kawakami, K., Matsui, Y., Bessho, Y., and Inagaki, N.(2019)
    Shootins mediate collective cell migration and organogenesis of the zebrafish posterior lateral line system, Sci. Rep. 9:12156 . (LINK)
  7. Minegishi T., Uesugi Y., Kaneko N., Yoshida W., Sawamoto K.and Inagaki, N. (2018)
    Shootin1b mediates a mechanical clutch to produce force for neuronal migration, Cell Reports 25, 624-639(LINK)
    報道：EurekAlert!、ScienceDaily、Medicalxpress
  8. Baba, K., Yoshida, W., Toriyama, M., Shimada, T., Manning, C.F., Saito, M., Kohno, K., Trimmer, J.S., Watanabe, R., and Inagaki, N. (2018)
    Gradient-reading and mechano-effector machinery for netrin-1?induced axon guidance. eLife 2018;7:e34593.(LINK)
    報道：EurekAlert!、ScienceDaily、MedicalXpress、Neuroscience News、Faculty of 1000 prime special significance
  9. Abe, K., Katsuno, H., Toriyama, M., Baba, K., Mori T., Hakoshima T, Kanemura Y., Watanabe, R. and Inagaki, N. (2018)
    Grip and slip of L1-CAM on adhesive substrates direct growth cone haptotaxis, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,115, 2764-2769. doi:10.1073/pnas.1711667115 (LINK)
    報道：Medicalxpress、ScienceDaily、EurekAlert!、AsianScientist
  10. Higashiguchi, Y., Katsuta, K., Minegishi, T., Yonemura, S., Urasaki, A., Inagaki, N. (2016)
    Identification of a shootin1 isoform expressed in peripheral tissues, Cell and Tissue Research 366, 75-87(2016) (LINK)(Get PDF)
  11. Kubo, Y., Baba, K., Toriyama, M., Minegishi, T., Sugiura, T., Kozawa, S., Ikeda, K., and Inagaki, N. (2015)
    Shootin1-cortactin interaction mediates signal-force transduction for axon outgrowth. J Cell Biol. 210, 663-676. (LINK)(解説)
  12. Katsuno, H., Toriyama, M., Hosokawa, Y., Mizuno, K., Ikeda, K., Sakumura, Y, and Inagaki, N. (2015)
    Actin migration driven by directional assembly and disassembly of membrane anchored actin filaments, Cell Reports 12, 648-660.(LINK)(解説)
  13. Toriyama, M., Kozawa, S., Sakumura, Y. and Inagaki, N. (2013)
    Conversion of a signal into forces for axon outgrowth through Pak1-mediated shootin1 phosphorylation,Current Biology 23, 529-534 (LINK) (解説)
  14. Kozawa, S., Sakumura, Y., Toriyama, M., Inagaki, N., and Ikeda, K. (2013)
    Bayesian Cell Force Estimation Considering Force Directions, Neural Process Lett, DOI 10.1007/s11063-013-9320-y
  15. Shimada, T., Toriyama, M., Uemura, K., Kamiguchi, H., Sugiura, T., Watanabe, N. and Inagaki, N. (2008)
    Shootin1 interacts with actin retrograde flow and L1-CAM to promote axon outgrowth., J. Cell Biol. 181, 817-829.(LINK) (解説)
  16. Toriyama, M., Shimada, T., Kim, K-B., Mitsuba, M., Nomura, E., Katsuta, K., Sakumura, Y., Roepstorff, P. and Inagaki, N. (2006)
    Shootin1: a protein involved in the organization of an asymmetric signal for neuronal polarization. J. Cell Biol. 175, 147-157.(LINK) (解説)
  17. 嶺岸卓德,稲垣直之(2020)
    神経細胞の移動と軸索ガイダンスのメカノバイオロジー-Shootin1によるクラッチ連結が生み出す推進力の発生機構, 実験医学増刊「疾患に挑むメカノバイオロジー」 Vol.38 No.7, 113-120
  18. 稲垣直之(2019)
    Shootin1による細胞-基質間の力の発生を介した神経細胞の細胞移動，極性形成，軸索ガイダンスおよびアクチン波，生化学，91, 159-168
  19. 加藤晃一、稲垣直之 (2015)
    離合集散が織りなす生命分子機能 の研究フロンティア、実験医学 33, 1316-1320.
  20. 稲垣直之（2013）
    ニュー ロンの極性化を担う細胞内シグナル経路,脳の発生学（宮田卓樹, 山本亘彦 編）,化学同人,72-89

参考文献

  1. Mitchison, T. & Kirschner, M.(1988) Cytoskeletal dynamics and nerve growth. Neuron 1, 761-772 .

▲ Page Top