真核細胞
オオアメーバのアメーバ運動

Species name: Amoeba proteus
兵庫県立大学大学院生命理学研究科　西上　幸範

オオアメーバは非常に活発なアメーバ運動を行う。またこの際に細胞質は活発な流動を示す。

真核細胞
ミドリムシのユーグレナ運動（すじりもじり運動）

Species name: Euglena
神戸大学理学研究科洲崎研究室　早川昌志

ミドリムシ（Euglena gracilis）の、ユーグレナ運動（すじりもじり運動）です。 ミドリムシは、鞭毛によって遊泳運動をすることが有名ですが、光刺激、機械刺激、化学­刺激を与えると、このような細胞変形運動を行います。 この動画では、カバーグラスで軽く潰すことによる機械刺激で、ユーグレナ運動を引き起­こしています。

真核細胞
マクロビオツス

Species name: Macrobiotus sp.
東京都　下水道局

大きさは0.2～1.0mmくらい。体はうすいキチン質の膜でおおわれ、棘剛毛、よろい板を持っている。四対の歩脚があり、先端部に爪がある。口と肛門の付近に、それぞれ線がある。本来は土壌中に生息する生物である。卵を脱皮した皮の中に多数個生む。動作はのろく、ゆっくり歩く姿がクマに似ているのでクマムシと呼ばれる。エサに口から出した歯針を刺し込み、咽頭の働きにより内容物を吸引する。ビデオでは出産が、みられる。

微生物図鑑

真核細胞
ケイジドカルシウムの光分解によるゾウリムシのトリコシスト発射

Species name: Paramecium caudatum
山口大学　理学部　岩楯好昭

ゾウリムシが外敵に襲われた時に防御用ミサイルを発射することはあまり知られてはいない。このミサイルはトリコシスト （trichocysts）と呼ばれる。このトリコシストの発射は，繊毛打方向の逆転同様，細胞内カルシウム濃度の上昇で誘発される。 動画で，ケイジドカルシウムを注射されたゾウリムシに紫外線を 125 ｍｓ 当てると，繊毛逆転が起きる。さらに紫外線を 125 ms 当てるとようやくトリコシストが発射される。トリコシスト発射は緊急事態対応なので，そのカルシウム濃度の閾値は繊毛逆転の閾値よりも高いのだろう。

Iwadate et al., Protoplasma 206, 11-19, 1999
Iwadate and Nakaoka, Cell Calcium 44, 169-179, 2008

モデル (CG)
筋収縮中のアクチン結合ミオシン-II（クロスブリッジ）の動き

Species name: Rabbit
大阪市立大学　片山栄作

　動画前半は従来の単純なレバーアーム首振り説に基づくミオシン・クロスブリッジ（頭部）の動きを示す。このような動きは、ATP結合の有無におけるミオシンの結晶構造の特徴、および、「張力発生中にモーター領域は動かない」との実験事実に基づいて想定された。パワーストロークは、ATP非結合状態においてアクチンと強く結合する硬直複合体中のミオシン（1DFK：レバーアームは伸展状態）と、ATPを結合しレバーアームが強く屈曲した構造（1DFL) の間の遷移である。アクチンに結合するモーター領域がアクチンに固定されればレバーアーム部分が動き、首を振ることになる。　 　動画後半は急速凍結レプリカ法により片山（文献1-2) が直接観察した電子顕微鏡画像から示唆されるミオシン頭部の動きを示し、われわれの解析(文献3-5)により存在が明らかになった新たな中間体の構造を含む。In vitroアクチン滑り運動中のミオシンの急速凍結レプリカ像は、動画前半にある従来の説では説明不可能なクロスブリッジの構造を示した（文献２）。われわれはその構造を説明できる新たな中間体を見出し（文献4）、その３次元構造を再構成した（文献4-5）。その新たな構造を含め、時分割化学架橋法による結果（文献6）を勘案することにより、観察結果の妥当な解釈が可能となった（文献5）。クロスブリッジ・サイクル過程の大部分で新たなコンフォメーションを取っていることが想定される。 [文献] 1. Katayama E. The effects of various nucleotides on the structure of actin-attached myosin subfragment-1 studied by quick-freeze deep-etch electron microscopy. J Biochem. 1989 Nov;106(5):751-70. 2: Katayama E. Quick-freeze deep-etch electron microscopy of the actin-heavy meromyosin complex during the in vitro motility assay. J Mol Biol. 1998 May 1;278(2):349-67. 3: Katayama E, Ohmori G, Baba N. Three-dimensional image analysis of myosin head in function as captured by quick-freeze deep-etch replica electron microscopy. Adv Exp Med Biol. 1998;453:37-45. 4: Katayama E, Ichise N, Yaeguchi N, Yoshizawa T, Maruta S, Baba N. Three-dimensional structural analysis of individual myosin heads under various functional states. Adv Exp Med Biol. 2003;538:295-304. 5: Kimori Y, Baba N, Katayama E. Novel configuration of a myosin II transient intermediate analogue revealed by quick-freeze deep-etch replica electron microscopy. Biochem J. 2013 Feb 15;450(1):23-35. 6. Andreev OA, Reshetnyak YK. Mechanism of formation of actomyosin interface. J Mol Biol. 2007 Jan 19;365(3):551-4.

真核細胞
繊毛が作り出す気管表面の液流

Species name: Mus musculus
浜松医科大学　池上　浩司

気管表面で観察される繊毛運動が作り出す液体の流れ。およそ25μｍ/秒程度（6～7分で1 cm進む）で流れており、気管に侵入してきた小さなゴミやウィルスはこの流れによって体外に排除される。ゾウリムシなどの単細胞生物は繊毛運動を自分自身が動くために使うが、哺乳類などの大型多細胞生物は、体の中に水流を作り出すために繊毛運動を使っている。

Tubulin polyglutamylation is essential for airway ciliary function through the regulation of beating asymmetry [Proc Natl Acad Sci USA 107(23), 10490-10495, 2010]

モデル (CG)
べん毛のらせん形状：ノーマル、CCW 回転、多形変換

県立広島大学 生命環境学部　相沢 慎一

細菌べん毛はべん毛モーター反転のねじれの力、pH、塩濃度、温度などに応じて, Straight、 Normal、 Coiled、 Curly とらせん構造が変化する多形変換能を持つ。

モデル (CG)
べん毛のらせん形状：コイル、CCW 回転、多形変換

県立広島大学 生命環境学部　相沢 慎一

細菌べん毛はべん毛モーター反転のねじれの力、pH、塩濃度、温度などに応じて, Straight、 Normal、 Coiled、 Curly とらせん構造が変化する多形変換能を持つ。

モデル (CG)
Updated centipede model for Mycoplasma mobile gliding

Species name: Mycoplasma mobile
大阪市立大学　宮田真人，浜口　祐

supplemented to a scientific paper Prospects for the gliding mechanism of Mycoplasma mobile Makoto Miyata, Tasuku Hamaguchi (Osaka City University) doi:10.1016/j.mib.2015.08.010 end user license: CC BY-NC-ND 4.0

Miyata M, Hamaguchi T, Prospects for the gliding mechanism of Mycoplasma mobile. Current Opinion in Microbiology. 29, 15-21.

真核細胞
筋肉（筋原線維）の自発的振動収縮

早稲田大学　石渡信一

Standard SPOC

原核細胞
Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (3)

Species name: Paenibacillus sp.
奈良先端科学技術大学院大学　小林 和夫

Time-lapse analysis of colony formation. One microliter of Paenibacillus sp. suspension was spotted onto a 1.5% agar plate, which was then incubated at 37°C. The process of colony formation was analyzed by time-lapse light microscopy. Time-lapse images were collected every 1 min for 16 h after inoculation. Playback speed, ×1,440. Scale bar, 2 mm.

Genetic Analysis of Collective Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1

モデル (CG)
べん毛のらせん形状：カーリー、CW 回転、多形変換

県立広島大学 生命環境学部　相沢 慎一

細菌べん毛はべん毛モーター反転のねじれの力、pH、塩濃度、温度などに応じて, Straight、 Normal、 Coiled、 Curly とらせん構造が変化する多形変換能を持つ。

真核細胞
筋肉（筋原線維）の自発的振動収縮

早稲田大学　石渡信一

SPOC(Myofibril in auxotonic condition)

生体分子
Fig1bSide_Branching by Arp2/3complex with VCA

早稲田大学　石渡信一

Fig1bSide_Branching by Arp2/3complex with VCA

Visualization and force measurement of branching by Arp2/3 complex and N-WASP in actin filament. (Biochem Biophys Res Commun, 2002, 293:1550-5)

生体分子
アクチンフィラメントの超らせん形成

早稲田大学　石渡信一

Super helix formation of actin filaments.

Right-handed rotation of an actin filament in an in vitro motile system (Nature, 1993, 361:261-71)

真核細胞
rabbit SPOC

早稲田大学　石渡信一

rabbit SPOC

Auto-oscillations of skinned myocardium correlating with heartbeat. (J Muscle Res Cell Motil. 2005, 26:93-101)

原核細胞
Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (5)

Species name: Paenibacillus sp.
奈良先端科学技術大学院大学　小林 和夫

Cellular behavior of the wild-type strain at the leading edge zones of swarming colonies on 0.6% agar plates. The wild-type strain was spotted onto the center of 0.6% agar plates and incubated at 37°C for 6 h. Coverslips were placed directly on the surface of the leading edge zones of the colonies and cell morphology observed under a video light microscope. These movie is real time. Scale bar, 20 μm.

Genetic Analysis of Collective Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1

原核細胞
Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (1)

Species name: Paenibacillus sp.
奈良先端科学技術大学院大学　小林 和夫

Small moving clusters of wild-type strain cells on a 1.5% agar plate. The wild-type strain was spotted on a 1.5% agar plate and incubated at 37°C for 6 h. Coverslips were placed directly onto the surface of the leading edge zones of the colonies and cell morphology observed under a video light microscope. The movie is real time. Scale bar, 20 μm.

Genetic Analysis of Collective Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1

モデル (CG)
急速凍結 by Blender

大阪市立大学　細胞機能　浜口　祐

フリーソフト「Blender」で作製した急速凍結の様子。実際には一瞬の出来事なので、ゆっくりめに作っています。

原核細胞
Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (2)

Species name: Paenibacillus sp.
奈良先端科学技術大学院大学　小林 和夫

Large moving clusters of wild-type strain cells on a 1.5% agar plate. The experiment was done as described in "Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (1)" Movie. The movie is real time. Scale bar, 20 μm.

Genetic Analysis of Collective Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1

原核細胞
Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1 (4)

Species name: Paenibacillus sp.
奈良先端科学技術大学院大学　小林 和夫

The cmoA mutant retains functional flagella. cmoA mutant cells were spread over the surface of a 1.5% agar plate and incubated at 37°C for 5 h. Two hundred microliters of water were poured onto the colonies and cellular behavior was immediately observed under a video light microscope. The movie is real time. Scale bar, 20 μm.

Genetic Analysis of Collective Motility of Paenibacillus sp. NAIST15-1

真核細胞
rat SPOC

早稲田大学　石渡信一

rat SPOC

Auto-oscillations of skinned myocardium correlating with heartbeat. (J Muscle Res Cell Motil. 2005, 26:93-101)

真核細胞
オオアメーバの運動

Species name: Amoeba proteus
基礎生物学研究所　谷口 篤史

オオアメーバは鞭毛や繊毛などの運動器官を持っていないが、体の形を自由に変形させることで移動を行う。このような運動はアメーバ運動と呼ばれており、アメーバなどの原生生物に限らず動物の白血球やがん細胞といった多細胞生物の細胞運動にも使われている。アメーバ運動にはいくつか種類があり、オオアメーバの場合はブレブと呼ばれる機構で運動を行っていると考えられている。これは細胞内のアクチンとミオシンの収縮によって細胞内に圧力を発生させ、その圧力が細胞先端を押すことで仮足が伸びるという仕組みである。

生体分子
アクチンの重合過程の直視

早稲田大学　石渡信一

Actin Polymerization Triggered by Arp2/3complex.

Visualization and force measurement of branching by Arp2/3 complex and N-WASP in actin filamen. (Biochem Biophys Res Commun. 2002, 293:1550-5)

生体分子
Fig1gEnd_Coupling by Arp2/3complex with VCA

早稲田大学　石渡信一

Fig1gEnd_Coupling by Arp2/3complex with VCA

Visualization and force measurement of branching by Arp2/3 complex and N-WASP in actin filament. (Biochem Biophys Res Commun, 2002, 293:1550-5)

生体分子
Fig1eEnd_Branching by Arp2/3complex with VCA

早稲田大学　石渡信一

Fig1eEnd_Branching by Arp2/3complex with VCA

Visualization and force measurement of branching by Arp2/3 complex and N-WASP in actin filament. (Biochem Biophys Res Commun, 2002, 293:1550-5)

真核細胞
ケラトサイトの遊走

山口大学　理学部　沖村　千夏

ケラトサイトは魚類の表皮細胞で、50～100 μm 程の大きさです。魚が傷を負った時に傷口をふさごうと傷の周囲から這って集まってきます。みんな焼き餃子のような同じ形を保ったまま這い回ります。この“かたち”をどうやって保っているのでしょうか？

真核細胞
繊毛のメタクロナールウェーブ

Species name: Paramecium caudatum
山口大学・理学部　岩楯好昭

ゾウリムシなどの単細胞生物は，表層を覆う多数の繊毛を使って遊泳する。それぞれの繊毛はわずかな位相差を保ちながら打つため，繊毛群の動きはあたかも表層を伝わる波のように見える。この非常に美しい波をメタクロナールウェーブと呼ぶ。

真核細胞
ミドリムシのstep-up光驚反応

Species name: Euglena gracilis
東邦大学薬学部　伊関峰生

ミドリムシは、急激な青色光の強度変化に応答して、その遊泳方向を一氣に変えます。これを光驚動反応といいます。急に青色光が強くなったときに観察される光驚動反応をステップアップ光驚動反応といい、急に弱くなったときに観察されるのがステップダウン光驚動反応です

seki, M., et. al. A blue-light-activated adenylyl cyclase mediates photoavoidance in Euglena gracilis. Nature 415,1047-1051 (2002).
Matsunaga, S., et al. Discovery of signaling effect of UV-B/C light in the extended UV-A/blue-type action spectra for step-down and step-up photophobic responses in the unicellular flagellate alga Euglena gracilis. Protoplasma 201, 45-52 (1998).

真核細胞
ゾウリムシ

Species name: Paramecium caudatum
山口大学 理学部　岩楯 好昭

細胞表面には数千本の繊毛がほぼ均一に生えていてこの繊毛を使って泳ぐ。細胞口付近の繊毛の配置だけは異なり、中へ餌を送り込む水流を発生させる。細胞の前後に星形に見える収縮胞が存在し、これにより細胞内の浸透圧を調整している。動画は5倍スロー再生。