レクチャー
Part 2: Helicobacter pylori and Gastric Cancer

Species name: Helicobacter pylori
Stanford University　Stanley Falkow

Helicobacter pylori lives in the human stomach. It causes gastritis, ulcer disease and even gastric cancer. Some H. pylori can inject a protein, CagA, into gastric epithelial cells. CagA interacts with the tight junctions that bind cells together and with signaling molecules affecting motility and proliferation. CagA is associated with ulcer disease and cancer but we don't understand how it works to favor malignancy. Not long ago in history most humans carried H. pylori ; the incidence of carriage and gastric cancer is dropping but there is evidence that this microbe also had a protective effect on human health.

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
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

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.

その他
泳ぐP -クラミドモナス細胞レンズ効果の証（東京工業大学化学生命科学研究所　若林憲一）

日本生物物理学会　2019年年会実行委員会

緑藻クラミドモナスは眼点によって光源方向を認識して走光性を示す。細胞膜上の光受容体を、光反射板の役割をする色素層が裏打ちすることで、眼点は高指向性光受容を行う。我々は野生株と逆方向に泳ぐ変異株を単離し、その原因が色素層の欠損であることを見出した。逆方向に泳ぐのは、色素層を失った眼点が、細胞を通ってレンズ効果によって集光された光のほうが、正面から来る光よりも強いと感じ、光源方向を誤認するからだと考えた。しかし査読者はクラミドモナスが凸レンズになるわけがないと言う。我々は顕微鏡光路にPの字（photoの頭文字）を置き、細胞上にPの字が見えれば反論できると考えた。結果はご覧の通り (Ueki, Ide et al., 2016 PNAS)。 撮影装置名（メーカーとモデル）：　顕微鏡 オリンパス BX-53、カメラ オムロンセンテック　STC-MCA5MUSB3

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
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)

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.

会議
2019年生物物理学会年会懇親会「ひょっとこになった永井先生」

日本生物物理学会　　2019年年会実行委員会

2019年生物物理学会年会の懇親会で永井先生がひょっとこ姿で盛り上げてくれました。

会議
2019年生物物理学会年会懇親会「永井先生、盛り上げてます！」

日本生物物理学会　　2019年年会実行委員会

2019年生物物理学会年会懇親会で、永井先生が櫓に上がり司会を務めました。

その他
網膜２　網膜の内部を泳ぐ（京都大学大学院生命科学研究科　佐藤慎哉）　

日本生物物理学会　2019年年会実行委員会

概要： 蛍光タンパク質を全細胞の細胞質に発現するマウスから網膜を単離し、多光子顕微鏡で表面から深さ200 µmまで、1 µm間隔で断層撮影した。動画は深さ方向のスタック画像データを画像処理によって網膜側面からの連続断層像に再構成したもので、網膜内を泳ぎ進むような気分を味わえる。 見どころ： 視細胞核が9-10層、縦に美しく整然と並んでいるが、これには理由がある。マウスのような夜行性生物は、中心部にヘテロクロマチンが局在する特殊な構造の視細胞核を持ち、これがマイクロレンズとして働くことで、入射光を直線的に導くと言われている。 撮影装置名（メーカーとモデル）：オリンパス　多光子レーザー走査型顕微鏡

レクチャー
研究発表「運動能の系統樹」（2020/1/17 記者レクチャー）

大阪市立大学　宮田　真人

大阪市立大学理学研究科 宮田 真人(みやた まこと)教授らの研究チームは、文部科学省による支援を受け、2012年から2018年にかけて47研究チームで行った新学術領域研究、「運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性（略称：運動マシナリー）」から得られた実験結果と議論を基に、これまでに見つかったすべての運動能の起源と進化を、世界で初めて提案しました。 本内容は2020年1月20日、日本分子生物学会の欧文誌である『Genes to Cells』に掲載されました。

会議
2019年生物物理学会年会・懇親会の花火

日本生物物理学会　　2019年年会実行委員会

2019年生物物理学会年会で開催された懇親会で、花火が打ち上げられました

レクチャー
郷信広先生のご講演「スネークキューブパズルとタンパク質フォールディング」

Species name: Talk
Tokyo Institute of Technology　Akio Kitao on behalf of Prof. Nobuhiro Go

郷信広先生（京都大学名誉教授）の80歳の誕生日（2019年2月14日）に京都大学理学研究科セミナーハウスで行われたシンポジウム「理論生物物理学の現在と未来」でのご講演「スネークキューブパズルとタンパク質フォールディング」のビデオです。この研究はBiophysics and Physicobiology誌に発表されています。

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。

その他
クラミドモナス・グラフィー（東京工業大学化学生命科学研究所　若林憲一）

日本生物物理学会　2019年年会実行委員会

緑藻クラミドモナスの培養液を角型ディッシュにいれ、正の走光性を誘導する膜透過性活性酸素種薬剤を加えた。これをライトボックスの上に置き、白抜き文字で「BIOPHYSICS」と書いたOHPシートをディッシュの下に置いた。３分程放置すると字のところにくっきりと細胞が集まる。シートを抜いて４分ほどすると拡散して字が見えなくなる。この後半４分を２０倍速で逆再生したのがこの動画である。クラミドモナスの正確な光源認識、迅速な走光性を利用してお絵描きができる。 撮影装置名（メーカーとモデル）：　カメラ SONY Cyber-shot DSC-RX100M2

会議
2019年生物物理学会年会懇親会「樺ちゃんも盛り上げてます！！」

日本生物物理学会　　2019年年会実行委員会

2019年生物物理学会年会懇親会で、樺山先生が櫓に上がり、盛り上げてくれました。

その他
マウス小腸オルガノイドにおけるLgr5陽性幹細胞の分布（一般財団法人電力中央研究所　原子力技術研究所　冨田雅典）　

日本生物物理学会　2019年年会実行委員会

マウス小腸のクリプトから単離したLgr5陽性幹細胞を培養してオルガノイドを構築し、多光子励起顕微鏡を用いてZスタック画像を取得しました。3次元構築画像を取ることが目的でしたが、Zスタック画像をそのまま動画にすると、夏の夜を彩る打上げ花火のようなきれいな動画になりました。多光子励起顕微鏡を用いたため、オルガノイドの内部構造も見えますが、雲に映った花火のようです。緑色蛍光がGFP（Lgr5陽性幹細胞）、赤色蛍光がタモキシフェン処理によりtdTomatoを発現したLgr5陽性幹細胞とそれに由来する分化細胞の一部、青色蛍光がHoechst33258（細胞核）です。 撮影装置名（メーカーとモデル）：ニコン　A1R MP

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

その他
1兆分の1の地球儀（大阪大学大学院理学研究科化学専攻　二村友香）

日本生物物理学会　2019年年会実行委員会

リン脂質POPCおよびSM, 糖脂質GM3, Cholesterol, 蛍光標識ペプチドからなる多成分GUVを３Dで撮影しました。赤色はTexas Red-DHPE、緑色はNBD標識した合成膜貫通ペプチドを表します。通常観察している最中に動いてしまい3Dでの撮影が困難なGUVですが、GaAsPディテクターを用いることでレーザーパワーを徹底的に低減し、レーザー照射による揺れを抑えたことで3D撮像が可能になりました。直径約20 µmのGUV中にLd相の島が浮かぶ様子は、さながら小さな地球のようです。 撮影装置名（メーカーとモデル）：A1R+ (Nikon)、レンズ：Apo, 60x, NA1.40, Oil