2025/07/03 更新

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ハヤシ イクコ
林 郁子
Ikuko Hayashi
所属
生命医科学研究科 生命医科学専攻 准教授
理学部 理学科
職名
准教授
プロフィール
細胞運動や染色体分配を制御する微小管および微小管関連タンパク質について、X線結晶構造解析を通じて分子群の動態の解明を目指します。また近年知られるようになった原核生物の遺伝子分配に関わる細胞骨格因子についても立体構造・ 生化学・分子運動を調べることで分子機構の解析を行っています。細胞骨格や重合分子がいかに生命現象に影響を与えるか明らかにできればと考えています。
外部リンク

学位

  • 博士(工学) ( 東京大学 )

研究キーワード

  • 細胞骨格

  • 分子生物学

  • 構造生物学

  • 生化学

研究分野

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

  • ライフサイエンス / 生物物理学

  • ライフサイエンス / 細胞生物学

  • ライフサイエンス / 応用微生物学

  • ライフサイエンス / 細菌学

学歴

  • 東京大学大学院   工学系研究科   化学生命工学専攻

    1992年4月 - 1997年

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  • 東京大学   工学部   工業化学科

    - 1992年3月

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経歴

  • 横浜市立大学 国際総合科学部 生命医科学コース 生命医科学研究科生命医科学専攻   准教授

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所属学協会

論文

  • CLASP2 binding to curved microtubule tips promotes flux and stabilizes kinetochore attachments. 査読 国際誌

    Hugo Girão, Naoyuki Okada, Tony A Rodrigues, Alexandra O Silva, Ana C Figueiredo, Zaira Garcia, Tatiana Moutinho-Santos, Ikuko Hayashi, Jorge E Azevedo, Sandra Macedo-Ribeiro, Helder Maiato

    The Journal of cell biology   219 ( 2 )   2020年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    CLASPs are conserved microtubule plus-end-tracking proteins that suppress microtubule catastrophes and independently localize to kinetochores during mitosis. Thus, CLASPs are ideally positioned to regulate kinetochore-microtubule dynamics required for chromosome segregation fidelity, but the underlying mechanism remains unknown. Here, we found that human CLASP2 exists predominantly as a monomer in solution, but it can self-associate through its C-terminal kinetochore-binding domain. Kinetochore localization was independent of self-association, and driving monomeric CLASP2 to kinetochores fully rescued normal kinetochore-microtubule dynamics, while partially sustaining mitosis. CLASP2 kinetochore localization, recognition of growing microtubule plus-ends through EB-protein interaction, and the ability to associate with curved microtubule protofilaments through TOG2 and TOG3 domains independently sustained normal spindle length, timely spindle assembly checkpoint satisfaction, chromosome congression, and faithful segregation. Measurements of kinetochore-microtubule half-life and poleward flux revealed that CLASP2 regulates kinetochore-microtubule dynamics by integrating distinctive microtubule-binding properties at the kinetochore-microtubule interface. We propose that kinetochore CLASP2 suppresses microtubule depolymerization and detachment by binding to curved protofilaments at microtubule plus-ends.

    DOI: 10.1083/jcb.201905080

    PubMed

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  • Cooperative DNA binding of the plasmid partitioning protein TubR from the Bacillus cereus pXO1 plasmid 査読

    Hayashi I, Oda T, Sato M, Fuchigami S

    Journal of Molecular Biology   430 ( 24 )   5015 - 5028   2018年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語  

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  • Molecular basis of the microtubule-regulating activity of microtubule crosslinking factor 1. 査読 国際誌

    Mohammad Abdul Kader, Tomoko Satake, Masatoshi Yoshida, Ikuko Hayashi, Atsushi Suzuki

    PloS one   12 ( 8 )   e0182641   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1371/journal.pone.0182641

    Web of Science

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  • MTCL1 crosslinks and stabilizes non-centrosomal microtubules on the Golgi membrane. 査読 国際誌

    Yoshinori Sato, Kenji Hayashi, Yoshiko Amano, Mikiko Takahashi, Shigenobu Yonemura, Ikuko Hayashi, Hiroko Hirose, Shigeo Ohno, Atsushi Suzuki

    Nature communications   5   5266 - 5266   2014年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1038/ncomms6266

    Web of Science

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  • CLASPs are required for proper microtubule localization of end-binding proteins. 査読 国際誌

    Ashley D Grimaldi, Takahisa Maki, Benjamin P Fitton, Daniel Roth, Dmitry Yampolsky, Michael W Davidson, Tatyana Svitkina, Anne Straube, Ikuko Hayashi, Irina Kaverina

    Developmental cell   30 ( 3 )   343 - 52   2014年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.devcel.2014.06.026

    Web of Science

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  • The novel PAR-1-binding protein MTCL1 has crucial roles in organizing microtubules in polarizing epithelial cells. 査読 国際誌

    Yoshinori Sato, Masashi Akitsu, Yoshiko Amano, Kazunari Yamashita, Mariko Ide, Kyoko Shimada, Akio Yamashita, Hisashi Hirano, Noriaki Arakawa, Takahisa Maki, Ikuko Hayashi, Shigeo Ohno, Atsushi Suzuki

    Journal of cell science   126 ( Pt 20 )   4671 - 83   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1242/jcs.127845

    Web of Science

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  • Crystallization and preliminary X-ray data analysis of the pXO1 plasmid-partitioning factor TubZ from Bacillus cereus 査読

    Shota Hoshino, Takahisa Maki, Ikuko Hayashi

    ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION F-STRUCTURAL BIOLOGY AND CRYSTALLIZATION COMMUNICATIONS   68   1550 - 1553   2012年12月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1107/S1744309112045551

    Web of Science

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  • Filament Formation of the FtsZ/Tubulin-like Protein TubZ from the Bacillus cereus pXO1 Plasmid 査読

    Shota Hoshino, Ikuko Hayashi

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   287 ( 38 )   32103 - 32112   2012年9月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M112.373803

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  • A mutation of the fission yeast EB1 overcomes negative regulation by phosphorylation and stabilizes microtubules. 査読 国際誌

    Makoto Iimori, Kanako Ozaki, Yuji Chikashige, Toshiyuki Habu, Yasushi Hiraoka, Takahisa Maki, Ikuko Hayashi, Chikashi Obuse, Tomohiro Matsumoto

    Experimental cell research   318 ( 3 )   262 - 75   2012年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.yexcr.2011.11.006

    Web of Science

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  • Characterization of a conserved "threonine clasp" in CAP-Gly domains: role of a functionally critical OH/pi interaction in protein recognition. 査読 国際誌

    Michael J Plevin, Ikuko Hayashi, Mitsuhiko Ikura

    Journal of the American Chemical Society   130 ( 45 )   14918 - 9   2008年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    XH/pi hydrogen bonds have been predicted to make important contributions to protein structure and function. NMR evidence is presented for an OH/pi interaction between a highly conserved threonine and phenylalanine pair found specifically in CAP-Gly domains associated with mictrotubule plus ends. The functional contribution of this nonclassical hydrogen bond in target peptide recognition is demonstrated via subtle point mutagenesis. The OH/pi interaction is part of a TxFxxxxW motif that comprises a conserved "threonine clasp" that defines function in CAP-Gly domains.

    DOI: 10.1021/ja805576n

    PubMed

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  • [Molecular mechanism of microtubule plus-end tracking proteins]. 査読

    Ikuko Hayashi

    Seikagaku. The Journal of Japanese Biochemical Society   80 ( 6 )   521 - 30   2008年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • CLIP170 autoinhibition mimics intermolecular interactions with p150Glued or EB1. 査読 国際誌

    Ikuko Hayashi, Michael J Plevin, Mitsuhiko Ikura

    Nature structural & molecular biology   14 ( 10 )   980 - 1   2007年10月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    CLIP170 and p150(Glued) localize to the plus ends of growing microtubules. Using crystallography and NMR, we show that autoinhibitory interactions within CLIP170 use the same binding determinants as CLIP170's intermolecular interactions with p150(Glued). These interactions have both similar and distinct features when compared with the p150(Glued)-EB1 complex. Our data thus demonstrate that regulation of microtubule dynamics by plus end-tracking proteins (+TIPs) occurs through direct competition between homologous binding interfaces.

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  • Crystallographic Evidence for Water-assisted Photo-induced Peptide Cleavage in the Stony Coral Fluorescent Protein Kaede

    Ikuko Hayashi, Hideaki Mizuno, Kit I. Tong, Toshiaki Furuta, Fujie Tanaka, Masato Yoshimura, Atsushi Miyawaki, Mitsuhiko Ikura

    Journal of Molecular Biology   372 ( 4 )   918 - 926   2007年9月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.jmb.2007.06.037

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  • Structural basis for the activation of microtubule assembly by the EB1 and p150Glued complex. 査読 国際誌

    Ikuko Hayashi, Andrew Wilde, Tapas Kumar Mal, Mitsuhiko Ikura

    Molecular cell   19 ( 4 )   449 - 60   2005年8月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Plus-end tracking proteins, such as EB1 and the dynein/dynactin complex, regulate microtubule dynamics. These proteins are thought to stabilize microtubules by forming a plus-end complex at microtubule growing ends with ill-defined mechanisms. Here we report the crystal structure of two plus-end complex components, the carboxy-terminal dimerization domain of EB1 and the microtubule binding (CAP-Gly) domain of the dynactin subunit p150Glued. Each molecule of the EB1 dimer contains two helices forming a conserved four-helix bundle, while also providing p150Glued binding sites in its flexible tail region. Combining crystallography, NMR, and mutational analyses, our studies reveal the critical interacting elements of both EB1 and p150Glued, whose mutation alters microtubule polymerization activity. Moreover, removal of the key flexible tail from EB1 activates microtubule assembly by EB1 alone, suggesting that the flexible tail negatively regulates EB1 activity. We, therefore, propose that EB1 possesses an auto-inhibited conformation, which is relieved by p150Glued as an allosteric activator.

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  • [Structural basis of microtubule plus-end-tracking proteins]. 査読

    Ikuko Hayashi, Mitsuhiko Ikura

    Tanpakushitsu kakusan koso. Protein, nucleic acid, enzyme   49 ( 9 )   1274 - 9   2004年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Crystal structure of the amino-terminal microtubule-binding domain of end-binding protein 1 (EB1). 査読 国際誌

    Ikuko Hayashi, Mitsuhiko Ikura

    The Journal of biological chemistry   278 ( 38 )   36430 - 4   2003年9月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The end-binding protein 1 (EB1) family is a highly conserved group of proteins that localizes to the plus-ends of microtubules. EB1 has been shown to play an important role in regulating microtubule dynamics and chromosome segregation, but its regulation mechanism is poorly understood. We have determined the 1.45-A resolution crystal structure of the amino-terminal domain of EB1, which is essential for microtubule binding, and show that it forms a calponin homology (CH) domain fold that is found in many proteins involved in the actin cytoskeleton. The functional CH domain for actin binding is a tandem pair, whereas EB1 is the first example of a single CH domain that can associate with the microtubule filament. Although our biochemical study shows that microtubule binding of EB1 is electrostatic in part, our mutational analysis suggests that the hydrophobic network, which is partially exposed in our crystal structure, is also important for the association. We propose that, like other actin-binding CH domains, EB1 employs the hydrophobic interaction to bind to microtubules.

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書籍等出版物

  • 微小管伸長端結合タンパク質の分子制御機構

    生化学  2008年 

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  • 微小管末端結合蛋白質の構造解析

    蛋白質 核酸 酵素  2004年 

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  • 原核生物における細胞分裂位置の決定機構

    細胞工学  2001年 

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MISC

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • カルモジュリンに制御される植物病原細菌のエフェクターの構造機能解析

    研究課題/領域番号:22K05388  2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    林 郁子

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    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

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  • 病原性バチルス属の毒素プラスミド分配の分子機構

    研究課題/領域番号:19K05774  2019年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    林 郁子

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    炭疽菌などの病原性バチルス族の毒素遺伝子は低コピー数プラスミドにコードされる。この毒素プラスミドは細胞内で数個しか存在しないことから、プラスミド分配にはプラスミド上にコードされたチューブリン相同タンパク質TubZが分配モーターとして必要である。TubZはGTP依存的に重合して極性のある線維構造を形成する。TubZ線維は微小管同様プラス端で伸長しマイナス端で脱重合する性質をもち、プラスミドはTubZ線維のマイナス端にDNA結合タンパク質TubRとともに局在しけん引される。しかし脱重合する線維の末端においてどのようにプラスミドが脱着を繰り返しながらけん引されるのか、その分子機構は不明である。
    2021年度はTubZの動態に焦点をあてて解析を進めた。重合活性は光散乱法により定量的に解析するとともに、高速AFMにより線維構造の解析とプラス端・マイナス端の重合速度を求めた。私たちはこれまでの生化学的解析からTubZ線維の脱重合速度がDNAの存在下で上昇することを明らかにしている。しかし試験管内でのTubZとDNAの結合実験からはその相互作用を検出することができなかった。高速AFMの解析より、TubZ線維重合時にDNAとの相互作用を観察することができたため、速度論的解析を行った。
    TubZの重合、およびDNAの相互作用に深く関与すると推測されるC末端tailの天然編成領域について、変異体を利用した生化学的解析を行った。C末端tailは塩基性に富む領域であるが、その変異に伴い重合能の低下ばかりでなくDNAとの相互作用に影響を与えることがわかった。

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  • 架橋、安定化された微小管の生物学

    研究課題/領域番号:16H04765  2016年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    鈴木 厚, 林 郁子, 岡田 康志, 佐竹 智子

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    配分額:17550000円 ( 直接経費:13500000円 、 間接経費:4050000円 )

    微小管は細胞の方向性・極性形成に重要な役割を果たしている細胞骨格線維である。本研究では、この微小管の重合状態が安定化され、線維が束化される分子機構を明らかにすることを目的とした。また、この機構の生理的意義の解明も目指した。3年間の研究の結果、我々が発見していた新規微小管制御タンパク質 MTCL1に関する下記の結果を得た。① N末端領域は動的な微小管を柔軟に架橋しうる。② C末端領域は、微小管内チューブリンのGTP結合型構造を誘導し、そのことを介して微小管の重合状態を安定化する。③ MTCL1は、これらの活性を通じて小脳の神経細胞の軸索極性の確立に必須な役割を果たしている。

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  • 重合分子モーターにより制御されるプラスミド分配装置の分子機構

    研究課題/領域番号:15H01326  2015年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    林 郁子

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    配分額:11700000円 ( 直接経費:9000000円 、 間接経費:2700000円 )

    本課題はcytomotive filamentとよばれる重合性のタンパク質(重合分子モーター)TubZが生み出す動力によって制御されるセレウス菌低コピー数pXO1様プラスミドの分配機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする。TubZは毒素プラスミドをもつバチルス属亜種に保存された真核生物チューブリンの相同タンパク質であり、毒素プラスミドの分配に必須である。私達はこれまでTubZとその関連因子であるDNA結合タンパク質TubRの結晶構造を決定するとともに、試験管内における重合・脱重合反応の再構成系を確立し、TubZの動力産生・制御機構を評価することを試みてきた。
    平成28年度はTubZの重合活性化の分子機構をより詳細に生化学的に解析した。この条件に基づき全反射照明蛍光顕微鏡を用いたTubZ重合反応の可視化実験を行った。TubZタンパク質はN末端やC末端に修飾を導入すると機能阻害されることがわかっており、従来細胞生物学で用いられるGFP融合タンパク質を利用することはできない。そこでTubZ配列の内部に変異を導入して化学修飾により蛍光標識を行った。また同様の変異体を用いて、ビオチン化することも可能にした。これらの標識TubZ変異体を用いることで、顕微鏡において基板上にTubZ分子を一部固定化し分子動態を観察する系を構築した。
    TubZにはもう一つのDNA結合タンパク質TubYが制御に関わる。TubYは2つのドメイン構造をもつことが配列解析からわかっているが、そのうちのひとつである多量体化ドメインの結晶構造を決定した。結晶構造をもとに変異体を作成し、TubZへの影響を生化学的に解析した。

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  • プラスミド分配を制御するTubZ重合分子モーターの構造機能解析

    研究課題/領域番号:25117519  2013年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    林 郁子

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    配分額:10010000円 ( 直接経費:7700000円 、 間接経費:2310000円 )

    本課題はcytomotive filamentとよばれる重合性の蛋白質(重合分子モーター)TubZが生み出す動力によって制御されるセレウス菌低コピー数pXO1様プラスミドの分配機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする。TubZは毒素プラスミドをもつバチルス属亜種に保存された真核生物チューブリンの相同蛋白質であり、毒素プラスミドの分配に必須であることが明らかになっている。私達はこれまでTubZの結晶構造の決定および試験管内における重合反応系の確立を完了するとともに、tubZとレギュロンを組むtubRとtubYの遺伝子産物である2つのDNA結合蛋白質がtubRZオペロンの転写制御に関わることを明らかにした。またTubRの結晶構造とDNAの認識配列、オペロンにおける結合領域を決定した。
    平成26年度は、TubRとその結合領域の複合体を作成し、結晶化スクリーニングのための解析を行った。質量分析法でゲルシフト解析により得られた結果と同じ量比で複合体が形成されていることを確認した。またTubYはDNA結合領域と多量体化ドメインの2つの領域から成る蛋白質であるが、それぞれの領域について結晶化に成功、x線回折まで確認した。TubZの活性化にはTubR、TubY、DNA結合領域が必要であることを試験管内で明らかにし、再構成系を確立した。さらにセレウス菌の形質転換実験を行い、形質転換の系を確立した。今後はtubYRZレギュロンの遺伝子を細胞内に導入することで細胞内局在を調べる。

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  • 細胞移動に影響を与える微小管伸長端結合蛋白質の微小管安定化機構の解析

    研究課題/領域番号:22570190  2010年 - 2012年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    林 郁子, 安永 卓生

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    染色体分配や細胞移動に重要と考えられている微小管結合蛋白質CLASP2について、2つの微小管結合ドメインの結晶構造を決定しTOGドメインであることを示した。立体構造を基盤にした変異体解析によりCLASP2の微小管結合にはTOGドメインが必須であることを明らかにした。またCLASP2は微小管結合蛋白質EB1とも相互作用するが、TOGドメインとEB1両方がCLASP2の微小管安定化能の発揮に必須であることを示した。

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  • ペプチドアレイを用いた微小管モーターの活性制御についての構造解析

    研究課題/領域番号:20870033  2008年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(スタートアップ)

    林 郁子

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    配分額:3198000円 ( 直接経費:2460000円 、 間接経費:738000円 )

    KIF1CのFHAドメイン及びその近傍を含んだ領域の組換蛋白質の大量発現系構築を完了した。それぞれのフラグメントの多量体化をゲル濾過法と限定分解法にて解析した。またペプチドアレイを作成し、相互作用解析の条件検討を行っている。

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  • 微小管結合蛋白質の構造生物学

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    資金種別:競争的資金

    微小管はすべての真核生物に保存された、細胞骨格を形成する主要成分のひとつである。その構造は細胞の形、細胞内輸送、細胞分裂などの様々な機能に関係している。私は微小管を含めた蛋白質間の認識機構とその機能への影響を立体構造に基づき明らかにすることに重点を置いて、特にx線結晶構造解析法を用いて研究を行っている。

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