細胞生物学：細胞小器官の輸送と位置決定の光遺伝学的制御

細胞骨格を基盤としたモータータンパク質による細胞小器官の正確な位置決めが、シグナル伝達や極性、成長といった細胞現象の基盤となっている。しかし、多くの細胞小器官に関しては、細胞小器官の位置決めを、時空間的に正確に制御する方法がないため、位置と機能の間の正確なつながりは分かっていない。本研究では、光感受性のヘテロ二量体化を用い、特定の細胞骨格のモータータンパク質（キネシン、ダイニン、またはミオシン）を選択的な積み荷へ誘導することにより、細胞内輸送の光制御を確立した。我々は、ペルオキシソーム、リサイクリングエンドソーム、ミトコンドリアの運動性を、局所的に繰り返して誘導、停止することができ、それによって細胞小器官の速やかな再配置が可能になることを示す。この手法をラットの初代海馬ニューロンで用いて、リサイクリングエンドソームの局所的な位置が軸索伸長とどのように関係するかを調べたところ、軸索成長円錐からダイニンによってエンドソームを除去すると軸索伸長が可逆的に抑制されるが、キネシンによりエンドソームを増加させると伸長が亢進することが分かった。細胞小器官の位置決めを光遺伝学的に制御する我々の手法は、さまざまなモデルシステムにおいて、部位特異的な細胞小器官機能を調べる上で、広く応用できるだろう。

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