2026/04/23 更新

写真a

トミナガ モトキ
富永 基樹
所属
教育・総合科学学術院 教育学部
職名
教授
学位
理学(博士) ( 姫路工業大学 )

経歴

  • 2022年04月
    -
    継続中

    早稲田大学   教育・総合科学学術院   教授

  • 2017年04月
    -
    2022年03月

    早稲田大学   教育・総合科学学術院   准教授

  • 2014年09月
    -
    2017年03月

    早稲田大学   教育・総合科学学術院   専任講師

  • 2011年10月
    -
    2015年03月

    科学技術振興機構   さきがけ   さきがけ研究者 兼任

  • 2012年09月
    -
    2014年09月

    理化学研究所   きぼう船内実験チーム   兼務

  • 2008年04月
    -
    2014年09月

    理化学研究所   基幹研究所   専任研究員

  • 2007年10月
    -
    2008年03月

    理化学研究所   和光中央研究所   研究員

  • 2006年01月
    -
    2007年09月

    東京大学   医科学研究所   特任助教

  • 2003年01月
    -
    2005年12月

    独立行政法人通信総合研究所   関西先端研究センター   日本学術振興会 特別研究員

  • 2000年04月
    -
    2002年12月

    郵政省通信総合研究所   関西先端研究センター   専攻研究員

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学歴

  •  
    -
    2000年

    姫路工業大学   理学研究科   生命科学専攻  

  •  
    -
    1995年

    姫路工業大学   理学部   生命科学科  

所属学協会

  •  
     
     

    日本植物学会

  •  
     
     

    日本植物生理学会

  •  
     
     

    日本細胞生物学会

研究分野

  • 植物分子、生理科学

研究キーワード

  • 分子生物学

  • 植物生理学

  • 細胞生物学

 

論文

  • Identification and intracellular functional characterization of myosin XI and VIII in the lycophyte Selaginella moellendorffii.

    Kohei Tachibana, Jun Obara, Motoki Tominaga

    Planta   263 ( 3 ) 66 - 66  2026年02月  [国際誌]

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    Selaginella moellendorffii myosins retain conserved intracellular functions of known plant myosins, while lycophytes possess a unique myosin VIII with an extended neck domain. Research on plant myosins has primarily focused on model species, such as green algae, mosses, and seed plants. Here, we identified and cloned the myosin genes in Selaginella moellendorffii for the first time in the lycophytes. S. moellendorffii possessed two myosin XI genes and two myosin VIII genes. The cloned S. moellendorffii myosin (Sm myosin) VIII contained a neck domain approximately twice as long as those of previously identified plant myosin VIIIs. A BLASTP search using OneKP indicates that this myosin VIII is conserved throughout lycophytes. Transient expression of Sm myosin in Arabidopsis thaliana cultured cells and Nicotiana benthamiana leaves suggests that Sm myosin XI-2 is orthologous to A. thaliana myosin XI-K, which provides a motive force for cytoplasmic streaming. Sm myosin VIII was localized to the plasmodesmata, consistent with A. thaliana myosin VIII, ATM1 localization. This suggests the plasmodesmata-associated function of myosin VIII is conserved among vascular plants. Cis-regulatory elements and expression analyses further indicate that Sm myosin responds to environmental stress and participates in spore reproduction. Cumulatively, the intracellular and physiological functions of plant myosins are highly conserved in land plants, whereas myosin VIII exhibits structural characteristics unique to lycophytes. These findings provide valuable insights into the conservation and diversification of plant myosins, contributing to a better understanding of their evolutionary dynamics in vascular plants.

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  • Myosin XI-1 mediates salt tolerance through a Na+ transport pathway in Arabidopsis.

    Haiyang Liu, Motoki Tominaga

    Plant & cell physiology   67 ( 1 ) 93 - 103  2026年01月  [国内誌]

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    Salt stress significantly affects plant growth and productivity; therefore, it is important to understand the molecular mechanisms underlying salt tolerance. Myosin XI, a primary driver of intracellular trafficking and organelle movement in plant cells, has recently been implicated in abiotic stress responses. However, their specific roles in salt tolerance remain unclear. In this study, we demonstrate that the expression of Arabidopsis myosin XI isoforms AtXI-K, AtXI-2, and AtXI-1 is induced under salt stress. Notably, both the triple mutant (3ko) and the single atxi-1 mutant showed enhanced salt tolerance. Contrastingly, the salt tolerance of atxi-k, atxi-2, and the double mutant (2ko) lines was similar to that of the wild-type (WT) plants, indicating a specific role of AtXI-1 in salt tolerance. Moreover, the atxi-1 plants accumulated less Na+ and maintained higher chlorophyll and proline contents under salt stress compared to the WT plants. However, reduced seed germination in 3ko under salt stress suggests a stage-specific tolerance mechanism. Hence, AtXI-1 significantly regulates adaptation to salt stress, potentially through the Na+ homeostasis. These findings suggest functional diversification among myosin XI isoforms and provide valuable insights into myosin XI-mediated stress responses, identifying potential targets for enhancing crop resilience to salinity.

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  • Dynamics of full-length Arabidopsis myosin XI and its involvement in actin remodeling.

    Jun Obara, Motoki Tominaga

    Plant & cell physiology   66 ( 10 ) 1454 - 1467  2025年10月  [国内誌]

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    Plant myosin XI plays a crucial role in intracellular transport, known as cytoplasmic streaming. Previous studies have identified associations between myosin XI and organelles by using a cargo-binding tail domain that lacks a motor domain. However, the subcellular localization and dynamics of full-length myosin XI remain poorly understood. Here, we report the imaging of green fluorescent protein (GFP)-fused full-length Arabidopsis myosin XI by transient expression in Nicotiana benthamiana leaves. Live-cell imaging revealed that the localization of several members of full-length Arabidopsis myosin XI differed from that of their respective tail domains. Of these myosin XI members, we focused on myosin XI-2, a major driving force of cytoplasmic streaming. Full-length myosin XI-2 localized to dot-like structures moving along actin filaments. Interestingly, these structures frequently accumulated and dissociated at actin filament intersections, indicating unique, previously unreported intracellular dynamics driven by myosin XI. This behavior was not observed by the expression of the myosin XI-2 tail domain or the ΔGTD mutant, which lacks actin-binding and cargo-binding abilities, respectively. High temporal resolution imaging with simultaneous dual-color excitation revealed that accumulation structures gradually shifted their position in conjunction with active actin filament translocation. Moreover, active actin array dynamics were observed in both full-length myosin XI-2 expressing and non-expressing cells, whereas these dynamics were suppressed in myosin XI-2-tail expressing cells. Collectively, these results suggest that myosin XI-2 regulates actin array dynamics through interactions with both actin filaments and cargo.

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  • Myosin XI is required for boron transport under boron limitation via maintenance of endocytosis and polar localization of the boric acid channel AtNIP5;1.

    Haiyang Liu, Keita Muro, Riku Chishima, Junpei Takano, Motoki Tominaga

    Plant physiology and biochemistry : PPB   224   109938 - 109938  2025年07月  [国際誌]

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    Myosin XI plays a major role in cytoplasmic streaming and is essential for intracellular transport. Here, we investigated the physiological roles of myosin XI in nutrient transport using double (2ko) and triple (3ko) myosin XI knockout mutants of Arabidopsis thaliana. The results revealed that the mutants exhibited more severe boron deficiency phenotypes under boron-limiting conditions, and the boron concentration in the aerial parts of mutant plants was lower than that in the wild-type. Microscopic analysis demonstrated a reduction in general endocytosis and abolishment of NIP5; 1's polar localization in 2ko and 3ko plants. Overall, these results indicate that myosin XI is necessary for proper boron transport via the maintenance of the endocytic pathway and NIP5; 1's polar localization.

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  • Myosin XI coordinates ABA-induced stomatal closure via microtubule stability and ROS synthesis in drought-stressed Arabidopsis.

    Haiyang Liu, Motoki Tominaga

    Plant cell reports   44 ( 7 ) 147 - 147  2025年06月  [国際誌]

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    Myosin XI contributes to ABA-triggered stomatal closure via reactive oxygen species signaling and microtubule remodeling, boosting drought tolerance in Arabidopsis.. ABA is a key hormone induced by drought stress, and it can regulate stomatal closure through the homeostasis of reactive oxygen species (ROS) and microtubule depolymerization in guard cells, which ultimately enhances plant drought resistance. In this study, we found that myosin XI double (2ko) and triple (3ko) mutants not only exhibited reduced drought resistance but also showed a weakened ABA response compared to the wild-type (WT). Through comprehensive phenotypic analysis and cellular observations, our experiments demonstrated that myosin XI plays a role in regulating ABA-induced ROS synthesis and microtubule depolymerization in guard cells, thereby facilitating stomatal closure, which minimizes leaf water loss while enhancing drought tolerance in Arabidopsis. This study provides novel insights into the role of myosin XI in abiotic stress responses by showing connections with fundamental ABA signaling pathways and broadens our understanding of myosin XI function in plants beyond its established roles in cytoplasmic streaming.

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  • Cytoskeleton as a generator of characteristic physical properties of plant cells: 'cell wall,' 'large vacuole,' and 'cytoplasmic streaming'.

    Amari Toshiki, Noriko Nagata, Motoki Tominaga, Hirotomo Takatsuka

    Biophysics and physicobiology   22 ( 3 ) e220013  2025年  [国内誌]

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    As sessile organisms, plants must constantly adapt to ever-changing environmental conditions. To survive in their habitats, plants have evolved characteristic cellular features that make the cells rigid yet dynamic. These include the cell wall, large vacuole, and cytoplasmic streaming. The cell wall is an elaborate extracellular matrix that surrounds plant cells and provides both physical strength and protection against external forces. The large vacuole is a membrane-bound organelle absent in animal cells. They can absorb water and expand, thereby exerting a force on the cell wall from within and generating turgor pressure that promotes cell expansion. In the narrow cytoplasmic space between the vacuole and the cell wall, intracellular components circulate via rapid flows, a phenomenon known as cytoplasmic streaming. In this review, we summarize how these three characteristic features of plant cells are organized with the help of cytoskeletal elements. This review article is an extended version of the Japanese article, "Cell Wall," "Large Vacuole," & "Cytoplasmic Streaming": How Do Cytoskeletons Build Plant Cells with Unique Physical Properties?" by Takatsuka et al., published in SEIBUTSU BUTSURI Vol. 64, p. 132-136 (2024).

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  • The Calmodulin-like proteins, CML13 and CML14 Function as Myosin Light Chains for the Class XI Myosins inArabidopsis

    Kyle Symonds, Liam Duff, Vikas Dwivedi, Eduard Belausov, Lalita Pal, Motoki Tominaga, Takeshi Haraguchi, Einat Sadot, Kohji Ito, Wayne A Snedden

    Plant & cell physiology    2024年07月  [国内誌]

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    Abstract

    Myosins are a crucial motor protein associated with the actin cytoskeleton in eukaryotic cells. Structurally, myosins form heteromeric complexes, with smaller light chains such as calmodulin (CaM) bound to isoleucine–glutamine (IQ) domains in the neck region. These interactions facilitate mechano-enzymatic activity. Recently, we identified Arabidopsis CaM-like (CML) proteins CML13 and CML14 as interactors with proteins containing multiple IQ domains, that function as the myosin VIII light chains. This study demonstrates that CaM, CML13, and CML14 specifically bind to the neck region of all 13 Arabidopsis myosin XI isoforms, with some preference among the CaM/CML-IQ domains. Additionally, we observed distinct residue preferences within the IQ domains for CML13, CML14, and CaM.In vitroexperiments revealed that recombinant CaM, CML13, and CML14 exhibit calcium-independent binding to the IQ domains of myosin XIs. Furthermore, when co-expressed with MAP65-1–myosin fusion proteins containing the IQ domains of myosin XIs, CaM, CML13, and CML14 co-localize to microtubules.In vitroactin motility assays demonstrated that recombinant CML13, CML14, and CaM function as myosin XI light chains. Acml13T-DNA mutant exhibited a shortened primary root phenotype that was complemented by the wild-type CML13 and was similar to that observed in a triple myosin XI mutant (xi3KO). Overall, our data indicate that Arabidopsis CML13 and CML14 are novel myosin XI light chains that likely participate in a breadth of myosin XI functions.

    Highlight

    Myosin XI proteins play a crucial role in the plant cytoskeleton, but their associated light chains have remained unidentified. Here, we show that calmodulin-like proteins, CML13 and CML14, serve as light chains for myosin XI, similar to their role for myosin VIII proteins

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  • Functional Characterization of Calmodulin-like Proteins, CML13 and CML14, as Novel Light Chains of Arabidopsis Class VIII Myosins

    Kyle Symonds, Howard J. Teresinski, Bryan Hau, Einat Sadot, Vikas Dwivedi, Eduard Belausov, Sefi Bar-Sinai, Motoki Tominaga, Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Wayne A. Snedden

    Journal of experimental botany   75 ( 8 ) 2313 - 2329  2023年05月  [国際誌]

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    Abstract

    Myosins are important motor proteins that associate with the actin cytoskeleton. Structurally, myosins function as heteromeric complexes where smaller light chains, such as calmodulin (CaM), bind to isoleucine-glutamine (IQ) domains in the neck regions to facilitate mechano-enzymatic activity. We recently identified Arabidopsis CaM-like (CML) proteins, CML13 and CML14 as interactors of proteins containing multiple IQ domains, including a member of the myosin VIII class. Here, usingin vivoandin vitroassays we demonstrate that CaM, CML13, and CML14 bind the neck region of all four Arabidopsis myosin VIII isoforms. Among ten CML isoforms tested forin plantabinding to myosins VIIIs, CaM, CML13, and CML14 gave the strongest signals usingin plantasplit-luciferase protein-interaction assays.In vitro,recombinant CaM, CML13, and CML14 showed specific, high-affinity, calcium-independent binding to the IQ domains of myosin VIIIs. Subcellular localization analysis indicated that CaM, CML13, and CML14 co-localized to plasma membrane-bound puncta when co-expressed with RFP-myosin fusion proteins containing IQ- and tail-domains of myosin VIIIs. In addition,in vitroactin-motility assays using recombinant myosin holoenzymes demonstrated that CaM, CML13, and CML14 function as light chains for myosin VIIIs. Collectively, our data indicate that Arabidopsis CML13 and CML14 are novel myosin VIII light chains.

    Highlight

    Myosins are key proteins in the plant cytoskeleton, but the identity of their light chain components is unknown. Here, we show that calmodulin-like proteins function as novel myosin light chains.

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  • Autoregulation and dual stepping mode of MYA2, an Arabidopsis myosin XI responsible for cytoplasmic streaming.

    Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Takamitsu Morikawa, Kohei Yoshimura, Nao Shoji, Atsushi Kimura, Mitsuhiro Iwaki, Motoki Tominaga

    Scientific reports   12 ( 1 ) 3150 - 3150  2022年02月  [国際誌]

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    Arabidopsis thaliana has 13 genes belonging to the myosin XI family. Myosin XI-2 (MYA2) plays a major role in the generation of cytoplasmic streaming in Arabidopsis cells. In this study, we investigated the molecular properties of MYA2 expressed by the baculovirus transfer system. Actin-activated ATPase activity and in vitro motility assays revealed that activity of MYA2 was regulated by the globular tail domain (GTD). When the GTD is not bound to the cargo, the GTD inhibits ADP dissociation from the motor domain. Optical nanometry of single MYA2 molecules, combining total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) and the fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) method, revealed that the MYA2 processively moved on actin with three different step sizes: - 28 nm, 29 nm, and 60 nm, at low ATP concentrations. This result indicates that MYA2 uses two different stepping modes; hand-over-hand and inchworm-like. Force measurement using optical trapping showed the stall force of MYA2 was 0.85 pN, which was less than half that of myosin V (2-3 pN). These results indicated that MYA2 has different transport properties from that of the myosin V responsible for vesicle transport in animal cells. Such properties may enable multiple myosin XIs to transport organelles quickly and smoothly, for the generation of cytoplasmic streaming in plant cells.

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    5
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    (Scopus)
  • Discovery of the fastest myosin, its amino acid sequence, and structural features

    Takeshi Haraguchi, Masanori Tamanaha, Kano Suzuki, Kohei Yoshimura, Takuma Imi, Motoki Tominaga, Hidetoshi Sakayama, Tomoaki Nishiyama, Takeshi Murata, Kohji Ito

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   119 ( 8 )  2021年05月  [国際誌]

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    <title>Abstract</title>Cytoplasmic streaming with extremely high velocity (~70 μm s−1) occurs in cells of the characean algae (<italic>Chara</italic>). Because cytoplasmic streaming is caused by organelle-associated myosin XI sliding along actin filaments, it has been suggested that a myosin XI, which has a velocity of 70 μm s−1, the fastest myosin measured so far, exists in <italic>Chara</italic> cells. However, the previously cloned <italic>Chara corallina</italic> myosin XI (<italic>Cc</italic>XI) moved actin filaments at a velocity of around 20 μm s−1, suggesting that an unknown myosin XI with a velocity of 70 μm s−1 may be present in <italic>Chara</italic>. Recently, the genome sequence of <italic>Chara braunii</italic> has been published, revealing that this alga has four myosin XI genes. In the work reported in this paper, we cloned these four myosin XIs (<italic>Cb</italic>XI-1, 2, 3, and 4) and measured their velocities. While the velocities of <italic>Cb</italic>XI-3 and <italic>Cb</italic>XI-4 were similar to that of <italic>Cc</italic>XI, the velocities of <italic>Cb</italic>XI-1 and <italic>Cb</italic>XI-2 were estimated to be 73 and 66 μm s−1, respectively, suggesting that <italic>Cb</italic>XI-1 and <italic>Cb</italic>XI-2 are the main contributors to cytoplasmic streaming in <italic>Chara</italic> cells and showing that <italic>Cb</italic>XI-1 is the fastest myosin yet found. We also report the first atomic structure (2.8 Å resolution) of myosin XI using X-ray crystallography. Based on this crystal structure and the recently published cryo-EM structure of acto-myosin XI at low resolution (4.3 Å), it appears that the actin-binding region contributes to the fast movement of <italic>Chara</italic> myosin XI. Mutation experiments of actin-binding surface loop 2 support this hypothesis.

    <sec><title>Significance statement</title>It has been suggested for more than 50 years that the fastest myosin in the biological world, with a velocity of 70 μm s−1, exists in the alga <italic>Chara</italic> because cytoplasmic streaming with a velocity of 70 μm s−1 occurs in <italic>Chara</italic> cells. However, a myosin with that velocity has not yet been identified. In this work, we succeeded in cloning a myosin XI with a velocity of 73 μm s−1, the fastest myosin so far measured. We also successfully crystallized myosin XI for the first time. Structural analyses and mutation experiments suggest that the central regions that define the fast movement of <italic>Chara</italic> myosin XI are the actin-binding sites.

    </sec>

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  • Heterologous transformation of Camelina sativa with high-speed chimeric myosin XI-2 promotes plant growth and leads toincreased seed yield.

    Zhongrui Duan, Kohji Ito, Motoki Tominaga

    Plant Biotechnology   37 ( 3 ) 253 - 259  2020年09月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

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    7
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    (Scopus)
  • Characterization of ancestral myosin XI from Marchantia polymorpha by heterologous expression in Arabidopsis thaliana.

    Zhongrui Duan, Misato Tanaka, Takehiko Kanazawa, Takeshi Haraguchi, AkikoTakyu, Atsuko Era, Takashi Ueda, Kohji Ito, Motoki Tominaga

    The Plant Journal   104 ( 2 ) 460 - 473  2020年07月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    6
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    (Scopus)
  • Diversity of Plant Actin–Myosin Systems

    Takeshi Haraguchi, Zhongrui Duan, Masanori Tamanaha, Kohji Ito, MotokiTominaga

    Springer Book "The Cytoskeleton Diverse Roles in a Plant’s Life"   24   49 - 61  2019年12月  [査読有り]  [招待有り]

  • Functional Diversity of Class XI Myosins in Arabidopsis thaliana.

    Takeshi Haraguchi, Kohji Ito, Zhongrui Duan, Sarula, Kento Takahashi, Yuno Shibuya, Nanako Hagino, Yuko Miyatake, Akihiko Nakano, Motoki Tominaga

    Plant Cell Physiol.   59 ( 11 ) 2268 - 2277  2018年11月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

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    38
    被引用数
    (Scopus)
  • Measurement of enzymatic and motile activities of Arabidopsis myosins by using Arabidopsis actins

    Sa Rula, Takahiro Suwa, Saku T. Kijima, Takeshi Haraguchi, Shinryu Wakatsuki, Naruki Sato, Zhongrui Duan, Motoki Tominaga, Taro Q.P. Uyeda, Kohji Ito

    Biochemical and Biophysical Research Communications   495 ( 3 ) 2145 - 2151  2018年01月  [招待有り]  [国際誌]

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    7
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    (Scopus)
  • Actin-myosin XI: An intracellular control network in plants

    Duan, Zhongrui, Tominaga, Motoki

    Biochemical and Biophysical Research Communications   506 ( 2 ) 403 - 408  2018年01月  [招待有り]  [国際誌]

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    © 2018 The Authors. Actin is one of the three major cytoskeletal components in eukaryotic cells. Myosin XI is an actin-based motor protein in plant cells. Organelles are attached to myosin XI and translocated along the actin filaments. This dynamic actin-myosin XI system plays a major role in subcellular organelle transport and cytoplasmic streaming. Previous studies have revealed that myosin-driven transport and the actin cytoskeleton play essential roles in plant cell growth. Recent data have indicated that the actin-myosin XI cytoskeleton is essential for not only cell growth but also reproductive processes and responses to the environment. In this review, we have summarized previous reports regarding the role of the actin-myosin XI cytoskeleton in cytoplasmic streaming and plant development and recent advances in the understanding of the functions of actin-myosin XI cytoskeleton in Arabidopsis thaliana.

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    38
    被引用数
    (Scopus)
  • 原形質流動を操るバイオマス増産技術

    段中瑞, 富永基樹

    化学工業   68   56 - 60  2017年

  • Myosin XI-I is Mechanically and Enzymatically Unique Among Class-XI Myosins in Arabidopsis

    Takeshi Haraguchi, Motoki Tominaga, Akihiko Nakano, Keiichi Yamamoto, Kohji Ito

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   57 ( 8 ) 1732 - 1743  2016年08月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

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    14
    被引用数
    (Scopus)
  • The molecular mechanism and physiological role of cytoplasmic streaming

    Motoki Tominaga, Kohji Ito

    Current Opinion in Plant Biology   27   104 - 110  2015年10月  [国際誌]

    担当区分:筆頭著者, 責任著者

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    79
    被引用数
    (Scopus)
  • 原形質流動による成長制御から考える植物の光戦略

    富永基樹

    光合成研究   25 ( 1 ) 42 - 47  2015年04月  [招待有り]

    CiNii

  • Kinetic mechanism of Nicotiana tabacum myosin-11 defines a new type of a processive motor

    Ralph P. Diensthuber, Motoki Tominaga, Matthias Preller, Falk K. Hartmann, Hidefumi Orii, Igor Chizhov, Kazuhiro Oiwa, Georgios Tsiavaliaris

    FASEB JOURNAL   29 ( 1 ) 81 - 94  2015年01月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    10
    被引用数
    (Scopus)
  • Molecular Characterization and Subcellular Localization of Arabidopsis Class VIII Myosin, ATM1

    Takeshi Haraguchi, Motoki Tominaga, Rie Matsumoto, Kei Sato, Akihiko Nakano, Keiichi Yamamoto, Kohji Ito

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   289 ( 18 ) 12343 - 12355  2014年05月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    44
    被引用数
    (Scopus)
  • 植物の大きさはミオシンモーターのスピードで決まる!

    富永 基樹, 伊藤 光二

    生物物理   54 ( 5 ) 259 - 261  2014年  [招待有り]

    CiNii

  • Cytoplasmic Streaming Velocity as a Plant Size Determinant

    Motoki Tominaga, Atsushi Kimura, Etsuo Yokota, Takeshi Haraguchi, Teruo Shimmen, Keiichi Yamamoto, Akihiko Nakano, Kohji Ito

    DEVELOPMENTAL CELL   27 ( 3 ) 345 - 352  2013年11月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    99
    被引用数
    (Scopus)
  • Calcium-induced Mechanical Change in the Neck Domain Alters the Activity of Plant Myosin XI

    Motoki Tominaga, Hiroaki Kojima, Etsuo Yokota, Rinna Nakamori, Michael Anson, Teruo Shimmen, Kazuhiro Oiwa

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   287 ( 36 ) 30711 - 30718  2012年08月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    Scopus

    38
    被引用数
    (Scopus)
  • RNA Processing Bodies, Peroxisomes, Golgi Bodies, Mitochondria, and Endoplasmic Reticulum Tubule Junctions Frequently Pause at Cortical Microtubules

    Takahiro Hamada, Motoki Tominaga, Takashi Fukaya, Masayoshi Nakamura, Akihiko Nakano, Yuichiro Watanabe, Takashi Hashimoto, Tobias I. Baskin

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   53 ( 4 ) 699 - 708  2012年04月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

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    65
    被引用数
    (Scopus)
  • The occurrence of ‘bulbs’, a complex configuration of the vacuolar membrane,is affected by mutations of vacuolar SNARE and phospholipase in Arabidopsis.

    Chieko Saito, Tomohiro Uemura, Chie Awai, Motoki Tominaga, Kazuo Ebine, Jun Ito, Takashi Ueda, Hiroshi Abe, Miyo Terao Morita, Masao Tasaka, Akihiko Nakano

    Plant J.   68 ( 1 ) 64 - 73  2011年10月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

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    Scopus

    34
    被引用数
    (Scopus)
  • 高速型シャジクモ・シロイヌナズナキメラミオシンXIがシロイヌナズナ細胞内輸送および成長に及ぼす影響

    富永 基樹, 木村 篤司, 山本 啓一, 中野 明彦, 伊藤 光二

    日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集   2011   0222 - 0222  2011年

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    近年シロイヌナズナにおいて、原形質流動に関与するミオシンXIのノックアウトが、成長を抑制することが明らかになっている。ミオシンXIの運動活性が植物の成長に関与することが示唆されるが、従来的方法では、分子メカニズムの解明は限定的である。そこで、シロイヌナズナミオシンXIのモータードメインを、生物界最速のモータータンパク質であるシャジクモミオシンのものと置換することで、高速キメラミオシンXIを作製し、ミオシン速度改変が細胞や個体へ及ぼす影響を見ることで、原形質流動と植物成長の関係を統合的に理解しうる新規解析系を構築した。<br> 高速化には原形質流動に関与し組織全体で発現が見られるミオシンXI-2を使用した。In vitro motility assayにより、キメラXI-2は、野生型XI-2(7μm/sec)に対し、約2.3倍の速度(16μm/sec)を発生することが分かった。GFP融合キメラミオシンをシロイヌナズナ培養細胞で発現させた結果、キメラXI-2は膜構造上に局在し、原形質流動の2倍近い運動速度を発生すると共に、局所的に凝集や展開を行う様子が観察された。XI-2のノックアウト株に、高速キメラXI-2をNative-promoterで発現させたところ、野生型XI-2に比べ、根や根毛、葉において成長の促進が見られた。植物成長におけるミオシン運動速度の関与を議論する。

    DOI CiNii

  • Application of Lifeact Reveals F-Actin Dynamics in Arabidopsis thaliana and the Liverwort, Marchantia polymorpha

    Atsuko Era, Motoki Tominaga, Kazuo Ebine, Chie Awai, Chieko Saito, Kimitsune Ishizaki, Katsuyuki T. Yamato, Takayuki Kohchi, Akihiko Nakano, Takashi Ueda

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   50 ( 6 ) 1041 - 1048  2009年06月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

    DOI PubMed

    Scopus

    123
    被引用数
    (Scopus)
  • Auxin transport inhibitors impair vesicle motility and actin cytoskeleton dynamics in diverse eukaryotes

    Pankaj Dhonukshe, Ilya Grigoriev, Rainer Fischer, Motoki Tominaga, David G. Robinson, Jiri Hasek, Tomasz Paciorek, Jan Petrasek, Daniela Seifertova, Ricardo Tejos, Lee A. Meisel, Eva Zazimalova, Theodorus W. J. Gadella, York-Dieter Stierhof, Takashi Ueda, Kazuhiro Oiwa, Anna Akhmanova, Roland Brock, Anne Spang, Jiri Friml

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA   105 ( 11 ) 4489 - 4494  2008年03月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

    DOI PubMed

    Scopus

    202
    被引用数
    (Scopus)
  • 2P-208 膜交通機構における植物特異的ミオシンVIIIとXIの機能と制御(細胞生物学的課題(2),第46回日本生物物理学会年会)

    Tominaga Motoki, Abe Hiroshi, Saito Chieko, Shoda Keiko, Awai Chie, Uemura Tomohiro, Ueda Takashi, Nakano Akihiko

    生物物理   48   S107  2008年

    DOI CiNii

  • 2P192 軽鎖カルモジュリンは高等植物ミオシンXIのプロセッシビティーを制御する(分子モーター))

    富永 基樹, 小嶋 寛明, 横田 悦雄, 中森 鈴奈, 浅野 陽介, 倉富 敏史, 新免 輝男, 大岩 和弘

    生物物理   45   S167  2005年

    DOI CiNii

  • 1P168 高等植物ミオシンの高分解能運動解析(分子モーター))

    浅野 陽介, 富永 基樹, 中森 鈴奈, 小嶋 寛明, 大岩 和弘

    生物物理   45   S73  2005年

    DOI CiNii

  • 3P162 軽鎖カルモジュリンは高等植物ミオシン(myosin XI)の大きな35nmステップに重要である(分子モーター)

    富永 基樹, 小嶋 寛明, 横田 悦雄, 中森 鈴奈, 倉富 敏史, 新免 輝男, 大岩 和弘

    生物物理   44   S230  2004年

    DOI CiNii

  • Plant 115-kDa actin-filament bundling protein, P-115-ABP, is a homologue of plant villin and is widely distributed in cells

    E Yokota, L Vidali, M Tominaga, H Tahara, H Orii, Y Morizane, PK Hepler, T Shimmen

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   44 ( 10 ) 1088 - 1099  2003年10月  [査読有り]  [招待有り]  [国内誌]

    DOI PubMed

    Scopus

    73
    被引用数
    (Scopus)
  • Higher plant myosin XI moves processively on actin with 35 nm steps at high velocity

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, H Orii, R Nakamori, E Katayama, M Anson, T Shimmen, K Oiwa

    EMBO JOURNAL   22 ( 6 ) 1263 - 1272  2003年03月  [査読有り]  [招待有り]  [国際誌]

    DOI PubMed

    Scopus

    162
    被引用数
    (Scopus)
  • 高速プロセッシブモーター高等植物ミオシン(myosinXI)の運動特性とその制御

    富永 基樹, 小嶋 寛明, 横田 悦雄, 織井 秀文, 中森 鈴奈, 片山 栄作, Anson Michael, 新免 輝男, 大岩 和弘

    生物物理   43   S145  2003年

    DOI CiNii

  • 3E1130 原形質流動に関与する高等植物ミオシン(myosin XI)の光ピンセット法を用いた : 分子レベルでの解析(11.分子モーター,一般講演,日本生物物理学会第40回年会)

    富永 基樹, 小嶋 寛明, 横田 悦雄, 織井 秀文, 中森 鈴奈, 片山 栄作, Michael Anson, 新免 輝男, 大岩 和弘

    生物物理   42 ( 2 ) S159  2002年

    DOI CiNii

  • 3P133光ピンセット法による植物ミオシンの単一分子力学測定

    富永 基樹, 小嶋 寛明, 横田 悦雄, 中森 鈴奈, 新免 輝男, 大岩 和弘

    生物物理   41   S192  2001年

    DOI CiNii

  • Regulation of root growth by gibberellin in Lemna minor

    S Inada, M Tominaga, T Shimmen

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   41 ( 6 ) 657 - 665  2000年06月  [査読有り]  [招待有り]

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    Hormonal control of root growth was studied in Lemna minor. Although addition of gibberellic acid (GA(3)) to the culture medium did not promote the root growth, a gibberellin biosynthesis inhibitor, uniconazole P (Un-P), significantly inhibited root growth. Both length and diameter of roots in Un-P-treated plants were significantly smaller than those in control plants, mainly caused by inhibition of cell division. In epidermal cells, the length was slightly decreased and the width increased by Un-P treatment, indicating inhibition of elongation growth. GA(3) completely nullified the inhibition caused by Un-P. Transverse cortical microtubules (CMTs) of epidermal cells in the elongation zone were significantly fragmented by treatment with Un-P, but not by that in the presence of GA(3). The cellulose microfibril array in the Un-P-treated cells was more random and more oblique than that in the control cells. These results suggested that root growth in L. minor is regulated by endogenous gibberellin.

  • The role of plant villin in the organization of the actin cytoskeleton, cytoplasmic streaming and the architecture of the transvacuolar strand in root hair cells of Hydrocharis

    M Tominaga, E Yokota, L Vidali, S Sonobe, PK Hepler, T Shimmen

    PLANTA   210 ( 5 ) 836 - 843  2000年04月  [査読有り]  [招待有り]

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    In many types of plant cell, bundles of actin filaments (AFs) are generally involved in cytoplasmic streaming and the organization of transvacuolar strands. Actin cross-linking proteins are believed to arrange AFs into the bundles. In root hair cells of Hydrocharis dubia (Blume) Baker, a 135-kDa polypeptide cross-reacted with an antiserum against a 135-kDa actin-bundling protein (135-ABP), a villin homologue, isolated from lily pollen tubes. Immunofluorescence microscopy revealed that the 135-kDa polypeptide co-localized with AF bundles in the transvacuolar strand and in the subcortical region of the cells. Microinjection of antiserum against 135-ABP into living root hair cells induced the disappearance of the transvacuolar strand. Concomitantly, thick AF bundles in the transvacuolar strand dispersed into thin bundles. In the root hair cells, AFs showed uniform polarity in the bundles, which is consistent with the in-vitro activity of 135-ABP. These results suggest that villin is a factor responsible for bundling AFs in root hair cells as well as in pollen tubes, and that it plays a key role in determining the direction of cytoplasmic streaming in these cells.

  • Mechanism of inhibition of cytoplasmic streaming by a myosin inhibitor, 2,3-butanedione monoxime

    M Tominaga, E Yokota, S Sonobe, T Shimmen

    PROTOPLASMA   213 ( 1-2 ) 46 - 54  2000年  [査読有り]  [招待有り]

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    On the basis of the inhibition of myosin by 2,3-butanedione monoxime (BDM), the protein's involvement in various cell activities is discussed. However, it has not been established whether BDM inhibits plant myosin. In the present study, the effect of BDM on isolated plant myosin was analyzed in vitro. The sliding between myosin from lily (Lilium longiflorum) pollen tubes and actin filaments from skeletal muscle was inhibited to 25% at a concentration of 60 mM, indicating that BDM can be used as a myosin inhibitor for plant materials. Cytoplasmic streaming was completely inhibited by BDM at 30 mM in lily pollen tubes and at 70 mM in short root hair cells, and at 100 mM in long root hair cells of Hydrocharis dubia. However. BDM at high concentrations induced the disorganization of actin filament bundles in lily pollen tubes and short root hair cells. In addition, cortical microtubules were also fragmented in short root hair cells treated with BDM, suggesting a possible side effect of BDM.

  • Actin cytoskeleton is responsible for the change of cytoplasmic organization in root hair cells induced by a protein phosphatase inhibitor, calyculin A

    E Yokota, N Imamichi, M Tominaga, T Shimmen

    PROTOPLASMA   213 ( 3-4 ) 184 - 193  2000年  [査読有り]  [招待有り]

     概要を見る

    In root hair cells of Limnobium stoloniferum, a protein phospha;ase inhibitor, calyculin A (CA), at concentrations higher than 50 nM inhibits cytoplasmic streaming and induces remarkable morphological changes in the cytoplasm: the transvacuolar strands disperse and spherical cytoplasmic bodies emerge. The mechanism of the morphological changes of the cytoplasm induced by CA was studied by pharmacological analyses. The formation of spherical bodies in cells treated with CA was suppressed by the actin-depolymerizing and -fragmenting drugs latrunculin B and cytochalasin D at concentrations higher than 100 nM and 5 mu M, respectively. In contrast, 100 mu M propyzamide, a microtubule-depolymerizing drug, did not affect the formation of spherical bodies by CA. Interestingly, 60 mM 2,3-butanedione monoxime, an inhibitor of myosin, also suppressed the CA-induced formation of cytoplasmic spherical bodies. These results indicate that the actin cytoskeleton is intimately involved in the morphological changes of the cytoplasm induced by CA.

  • Mechanism of inhibition of cytoplasmic streaming by auxin in root hair cells of Hydrocharis

    M Tominaga, S Sonobe, T Shimmen

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   39 ( 12 ) 1342 - 1349  1998年12月  [査読有り]  [招待有り]

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    It has been reported that auxin accelerates cytoplasmic streaming at low concentrations and inhibits it at high concentrations in several plant cells. In the present study, the mechanism of inhibition of cytoplasmic streaming by naphthalene acetic acid (NAA) at high concentrations was analyzed in root hair cells of Hydrocharis. Because the effective concentration of NAA inhibiting cytoplasmic streaming decreased when the extracellular pH (pHo) was lowered, it was hypothesized that cytoplasmic streaming is inhibited by NAA via acidification of the cytoplasm, This possibility was supported by the fact that acetic acid, propionic acid and decanoic acid also inhibited cytoplasmic streaming at low pHo. Acidification of the cytoplasm disturbed the orientation of actin filaments (AFs) and disrupted cortical microtubules (MTs). The effects of NAA were reversible; both cytoplasmic streaming and organization of the cytoskeleton were recovered upon removal of NAA. During the recovery, tracks of cytoplasmic streaming in the subcortical region temporarily showed a helical pattern along the longitudinal direction of the cell. Fluorescence staining of cytoskeletons revealed that both AFs and MTs aligned obliquely to the longitudinal axis of the cell. The helical streaming returned to the original reverse fountain streaming after several hours. The simultaneous changes in the organization of both cytoskeletons supported our previous report that the organization of AFs is regulated by MTs.

    DOI

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    13
    被引用数
    (Scopus)
  • Microtubules regulate the organization of actin filaments at the cortical region in root hair cells of Hydrocharis

    M Tominaga, K Morita, S Sonobe, E Yokota, T Shimmen

    PROTOPLASMA   199 ( 1-2 ) 83 - 92  1997年  [査読有り]  [招待有り]

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    We studied the mechanism controlling the organization of actin filaments (AFs) in Hydrocharis root hair cells, in which reverse fountain streaming occurs. The distribution of AFs and microtubules (MTs) in root hair cells were analyzed by fluorescence microscopy and electron microscopy. AFs and MTs were found running in the longitudinal direction of the cell at the cortical region. AFs were observed in the transvacuolar strand, but not MTs. Ultrastructural studies revealed that AFs and MTs were colocalized and that MTs were closer to the plasma membrane than AFs. To examine if MTs regulate the organization of AFs, we carried out a double inhibitor experiment using cytochalasin B (CB) and propyzamide, which are inhibitors of AFs and MTs, respectively. CB reversibly inhibited cytoplasmic streaming while propyzamide alone had no effect on it. However, after treatment with both CB and propyzamide, removal of CB alone did not lead to recovery of cytoplasmic streaming. In these cells, AFs showed a meshwork structure. When propyzamide was also removed, cytoplasmic streaming and the original organization of AFs were recovered. These results strongly suggest that MTs are responsible for the organization of AFs in Hydrocharis root hair cells.

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書籍等出版物

講演・口頭発表等

  • 動かない植物の原形質流動の謎

    富永基樹  [招待有り]

    大隅基礎科学創成財団,第一回創発セミナー   (東京)  大隅基礎科学創成財団  

    発表年月: 2018年03月

  • 原形質流動の人工的改変による植物のサイズ制御

    富永基樹  [招待有り]

    化学工学会第49回秋季大会   (名古屋)  化学工学会  

    発表年月: 2017年09月

  • 原形質流動速度の人工制御による植物バイオマス増産技術の開発

    富永基樹  [招待有り]

    バイオマスイノベーション研究会   (大阪)  近畿バイオインダストリー振興会議  

    発表年月: 2017年03月

  • 植物制御システムとしての原形質流動

    富永基樹  [招待有り]

    奈良先端大セミナー   (奈良)  奈良先端科学技術大学院大学  

    発表年月: 2016年10月

  • 植物の高次機能を司る原形質流動の分子メカニズム

    富永基樹  [招待有り]

    筑波大学植物分子生学セミナー   (筑波)  筑波大学  

    発表年月: 2016年01月

  • A mystery of busy cytoplasmic streaming in quiet plants

    富永基樹  [招待有り]

    第38回日本分子生物学会,シンポジウム「植物細胞は忙しい:駆け巡るオルガネラの動的制御機構」   (神戸)  日本分子生物学会  

    発表年月: 2015年12月

  • 植物の高次機能を支える原形質流動の分子メカニズム

    富永基樹  [招待有り]

    第1038回東大生物科学セミナー   (東京)  東京大学  

    発表年月: 2015年11月

  • Molecular mechanism and physiological function of cytoplasmic streaming

    富永基樹  [招待有り]

    25th International Conference on Arabidopsis Research (ICAR)   (バンクーバー)  International Conference on Arabidopsis Research  

    発表年月: 2014年08月

  • 動かない植物の細胞内運動の謎

    富永基樹  [招待有り]

    学習院大学生命科学シンポジウム「生命の秘密を解く鍵をもとめて」   (東京)  学習院大学  

    発表年月: 2014年05月

  • 原形質流動による成長制御から考える植物の光戦略

    富永基樹  [招待有り]

    公開シンポジウム「多様な光合成の世界」   (奈良)  光合成学会  

    発表年月: 2014年05月

  • 原形質流動速度の人工的改変による植物のサイズ制御

    富永基樹  [招待有り]

    シンポジウム「細胞を創る操る」   (奈良)  奈良先端科学技術大学院大学  

    発表年月: 2013年11月

  • 植物ミオシン:高次機能を担う分子メカニズム

    富永基樹  [招待有り]

    神谷宣郎先生 生誕百周年記念シンポジウム   (大阪)  大阪大学  

    発表年月: 2013年07月

  • 植物ミオシン ~分子メカニズムから高次機能まで~

    富永基樹  [招待有り]

    大阪大学生物科学セミナー   (大阪)  大阪大学  

    発表年月: 2013年06月

  • Plant size regulation through artificial control of myosin velocity responsible for cytoplasmic streaming.

    Motoki Tominaga  [招待有り]

    Green Biotechnology for Global Sustainability   (大阪)  Osaka University  

    発表年月: 2013年03月

  • Myosin motors and intracellular organelle trafficking.

    Motoki Tominaga  [招待有り]

    Global COE Symposium “Microscopy and Cell Biology”   (兵庫)  Hyogo University  

    発表年月: 2010年03月

  • 植物特異的細胞内交通とミオシンモーター

    富永基樹  [招待有り]

    KARCコロキウム   (神戸)  独立行政法人情報通信研究機構  

    発表年月: 2010年03月

  • 植物細胞内の輸送を担うアクチン-ミオシン駆動系の分子機構

    富永基樹  [招待有り]

    基礎生物学研究所部門公開セミナ―   (愛知)  基礎生物学研究所  

    発表年月: 2009年06月

  • 植物の膜輸送に関与するアクチン-ミオシン駆動系の分子機構

    富永基樹  [招待有り]

    奈良先端大学公開セミナ―   (奈良)  奈良先端科学技術大学院大学  

    発表年月: 2009年

  • 植物細胞におけるアクチン細胞骨格の構築機構とミオシンXIの運動機構

    富永基樹  [招待有り]

    第847回東大生物科学セミナー   (東京)  東京大学  

    発表年月: 2008年

  • 高等植物ミオシンの分子レベルでの運動と制御機構

    富永基樹, 小嶋寛明, 中森鈴奈, 新免輝男, 大岩和弘  [招待有り]

    植物細胞における細胞骨格の機能発現:滑り説から50年   (愛知)  基礎生物学研究所  

    発表年月: 2006年12月

  • Single molecule analysis of higher plant myosin XI responsible for cytoplasmic streaming.

    Motoki Tominaga  [招待有り]

    Gordon Research Conference (Plant and Fungal cytoskeleton)   (ニューハンプシャー)  Gordon Research Conference  

    発表年月: 2004年08月

  • 高等植物ミオシンの分子レベルでの運動と制御機構

    富永基樹, 大岩和弘  [招待有り]

    21世紀COE生命科学若手ワークショップ   (兵庫)  兵庫県立大学  

    発表年月: 2004年01月

  • 植物細胞におけるアクチン細胞骨格の構築機構とミオシンXIの運動機構

    富永基樹, 大岩和弘  [招待有り]

    理研セミナー   (埼玉)  理化学研究所  

    発表年月: 2004年

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 細胞タイプ特異的なミオシンXIが発動する根冠組織の発生制御と生理機能

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2023年04月
    -
    2027年03月
     

    富永 基樹, 郷 達明

     概要を見る

    1,「水平光軸型動体トラッキング共焦点顕微鏡」によるタイムラプス観察:「水平光軸型動体トラッキング共焦点顕微鏡」により根冠ミオシンXI(XI-2, XI-B, XI-G)3KO株(xi -2, b, g)を解析した。その結果,根冠における細胞のターンオーバーが野生株と比べて早まっていることが明らかとなった。(奈良先端大,郷達明博士)
    2,根冠細胞内運動の解析:GFP-XI-G およびGFP -XI-B発現株のイメージング解析を行った。その結果,両者が根冠最外層でそれぞれ少し異なる大きさや形態をもつ構造に局在し,活発に運動している様子が観察された。また,3KO株における最外層細胞内運動を,mito-trackerによるミトコンドリア染色により可視化し,定量的解析を行った。その結果,野生株に比べて3KO株ではミトコンドリアの運動が著しく低下することが明らかとなた。
    3,ムシレージの放出:最外層細胞からのムシレージの放出は,根冠剥離に物理的に重要な役割を果たすと考えられている。ムシレージ放出や輸送過程における根冠ミオシンの役割を解析するために,コロイド溶液やPI染色によりムシレージの可視化を試みた。その結果,3KO株では,野生株に比べてムシレージの放出量が多く,さらに放出部位に異常が見られた。
    4. 細胞サイズと液胞形態:最外層の細胞サイズを計測したところ,野生株に対して3KO株の細胞は,約1.5倍有意に減少することが明らかとなった。この結果は,根冠ミオシンが少なくとも根冠最外層の細胞サイズを決定する調節因子であることを示唆した。また細胞の成長に重要な役割を果たす液胞の形態を,MDY-64 染色によって観察した。その結果,3KO株では液胞の形態に異常が見られ,野生株と比較して有意に凹凸が多いことが明らかになった。

  • 可視化による膜交通の分子機構の解明と植物高次システムへの展開

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2013年05月
    -
    2018年03月
     

    中野 明彦, 植村 知博, 黒川 量雄, 上田 貴志, 須田 恭之, 富永 基樹

     概要を見る

    酵母と植物を材料に用い,高性能化した超解像共焦点ライブイメージング顕微鏡(SCLIM)を駆使して,膜交通を可視化し,小胞体―ゴルジ体間,ゴルジ体内,ゴルジ体以降,およびエンドサイトーシスのさまざまな過程における選別輸送の分子機構を詳細に解析した。積荷の受け渡しを直接可視化することに成功し,従来信じられていたモデルを大きく覆す結果を得た。SCLIMについては,さらに劇的な性能向上に成功し,個々の小胞の空間ダイナミクスをリアルタイムに解析するスペックを達成した。膜交通が植物の高次機能に果たす役割についてもさまざまな解析を行い,トランスゴルジ網が病原菌応答に重要な役割を担っていることを明らかにした

  • ミオシン速度改変による植物特異的細胞内交通機構と高次機能の解析

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2014年03月
     

     概要を見る

    原形質流動の主な駆動力として知られるシロイヌナズナミオシンXIに,速度の異なる他種ミオシンのモータードメインを融合することで,速度改変型キメラミオシンXIを開発した。高速・低速型ミオシンXIの発現により原形質流動が高速化・低速化し,植物が大型化・小型化した。植物サイズとミオシン速度のリニアな相関から,原形質流動速度が植物サイズを規定している支配因子の一つであることを世界ではじめて明らかにした

  • 膜交通における選別輸送の分子機構の解明と植物の高次システムへの展開

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2008年04月
    -
    2014年03月
     

    中野 明彦, 植村 知博, 佐藤 健, 安部 弘, 平田 龍吾, 齊藤 知恵子, 黒川 量雄, 富永 基樹, 上田 貴志

     概要を見る

    細胞内膜交通の問題に生化学、遺伝学と最新のライブイメージング技術を駆使して取り組み、小胞に濃縮した積荷タンパク質を安全かつ確実に受け取る仕組みなど、選別輸送の新たな機構を解明することができた。また酵母から高等植物への展開から、進化の過程で植物が獲得した新たな膜交通機構を明らかにし、従来の動物細胞の研究だけからでは十分に理解できなかったゴルジ体層板形成、ポストゴルジ交通などの複雑な事象を整理する手がかりを得た

  • モータータンパク質の運動特性が細胞内膜輸送に果たす役割

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2007年
    -
    2008年
     

    富永 基樹

     概要を見る

    本研究では動・植物細胞における膜輸送の駆動力であるミオシンの分子機能を、分子生物学およびライブイメージングの手法を用い解析した。動物において、分子内折りたたみ構造形成能を阻害した変異ミオシンVbをHeLa細胞で発現させることによって、膜交通制御における折りたたみ構造の役割を明らかにした。植物において、全植物ミオシンのクローニングと発現に成功した。ミオシンメンバー間での広範な機能分担が明らかとなり、植物独自のユニークな輸送制御システムを示した

  • 原形質流動に関与する高等植物ミオシンの1分子レベルでの解析

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2002年
    -
    2005年
     

    富永 基樹

     概要を見る

    ミオシンXIは、Ca^<2+>により運動が阻害される。ミオシンをpCa5.5以上の高濃度のCa^<2+>で処理をすると、軽鎖であるカルモジュリンが解離し、アクチンフィラメントとの相互作用が低下した。この時、ヘッドのATPase活性にほとんど変化は見られなかった。高濃度Ca^<2+>存在下(pCa 4)でも、アクチンに相互作用できるミオシンの数を増やすか、ATP濃度を下げることで、アクチンはミオシン上を連続的に運動できるようになった。これらの結果から、Ca^<2+>による軽鎖CaMの解離が、ミオシンXIのプロセッシブ運動能を低下させることが示唆された。Rigor結合させたアクチンの熱運動による回転からミオシン1分子のねじれ弾性を見積ったところ、Ca^<2+>処理による増加が見られた。この結果は、CaMが解離したネックが短くなることを示唆している。電子顕微鏡による観察から、ミオシンのネック部位がCa^<2+>存在下では約30%短くなっていることが明らかとなった。光ピンセットによる1分子計測より、ミオシンはpCa4でもプロセッシブ運動を示したが、その平均発生力は小さくなり、ステップサイズも24nmに減少していた。また、このステップサイズは負荷依存性があり、低負荷(0-0.5 pN)では27nm、高負荷(0.5-1 pN)では22nmであった。一方、未処理のミオシンXIの35nmステップには負荷依存性は見られなかった。以上より、軽鎖カルモジュリンは、ミオシンに結合することによりネック部位に弾性と長さを与え、大きな歩幅でのプロセッシブ運動に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。
    高等植物ミオシンXIの速度発生やプロセッシプ運動の機能をより詳細に解析するために、ミオシンXIの発現系を確立し、分子生物学的、構造学的解析を行う。このためにタバコ培養細胞のcDNAライブラリーを作製した。

  • 可視化による膜交通の選別分子機構の理解と植物の高次機能への展開

     概要を見る

    次のような研究に着手したが,特別推進研究が採択となったため,年度途中で辞退した。なお本研究計画は特別推進研究の内容に含まれ,引き続き推進していく予定である。1.膜交通の可視化による選別分子機構の解明(1)ゴルジ体槽成熟の分子機構(2)COPII小胞がゴルジ槽を形成する分子機構(3)ポストゴルジネットワーク:エキソサイトーシスとエンドサイトーシスの交差点の理解(4)共焦点レーザー顕微鏡の改良開発(5)FRETイメージングによる活性と分子間相互作用の可視化2.高等植物における膜交通の役割(1)Rab5 GTPaseをツールとした植物エンドサイトーシスの研究(2)植物のポストゴルジ膜交通の解

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Misc

  • シロイヌナズナのミオシンXIにおける2ndアクチン結合部位の同定と機能解明

    伊藤静葉, 高部晃宙, 藤澤祐希, 原口武士, 吉村考平, 檜垣匠, 富永基樹, 上田晴子, 伊藤光二

    日本植物学会大会研究発表記録(CD-ROM)   87th  2023年

    J-GLOBAL

  • 細胞骨格におけるミオシン11のアクチン束化機構の解明

    高部晃宙, 藤澤祐希, 原口武士, 吉村考平, 富永基樹, 檜垣匠, 上田晴子, 伊藤光二

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   44th  2021年

    J-GLOBAL

  • Plant-specific myosin XI, a molecular perspective

    Motoki Tominaga, Akihiko Nakano

    FRONTIERS IN PLANT SCIENCE   3   211 - 211  2012年   [ 国際誌 ]

    DOI PubMed

  • III 単一分子観察・測定技術によるATPase機構の解析(生体高分子超精密計測学)

    大岩 和弘, 小嶋 寛明, 富永 基樹, 志鷹 裕司, 鳥羽 栞

    兵庫県立大学大学院物質理学研究科・生命理学研究科研究一覧   17   142 - 142  2006年10月

    CiNii

  • Plant Villin, Lily P-135-ABP, Possesses G-Actin Binding Activity and Accelerates the Polymerization and Depolymerization of Actin in a Ca^<2+>-Sensitive Manner

    Yokota Etsuo, Tominaga Motoki, Mabuchi Issei, TSUJI Yasunori, STAIGER Christopher J., OIWA Kazuhiro, SHIMMEN Teruo

    Plant and cell physiology   46 ( 10 ) 1690 - 1703  2005年10月   [ 国内誌 ]

    PubMed CiNii

  • Regulation of actin dynamics by plant villin in a Ca-dependent manner

    E Yokota, M Tominaga, Mabuchi, I, Y Tsuji, K Oiwa, T Shimmen

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   46   S202 - S202  2005年

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Calmodulin light chains are essential for large 35 nm steps of higher plant myosin XI

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, R Nakamori, T Shimmen, K Oiwa

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   46   S203 - S203  2005年

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Calmodulin light chain is essential for the large 35 nm step of higher plant myosin XI

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, R Nakamori, T Kuradomi, T Shimmen, K Oiwa

    BIOPHYSICAL JOURNAL   88 ( 1 ) 206A - 206A  2005年01月

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Calmodulin light chains regulate processivity of a higher plant myosin XI

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, R Nakamori, T Kuradomi, T Shimmen, K Oiwa

    MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL   15   28A - 28A  2004年11月

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Calcium regulation mechanism of higher plant myosin XI responsible for cytoplasmic streaming

    M Tominaga, E Yokota, R Nakamori, T Shimmen, K Oiwa

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   45   S115 - S115  2004年

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Optical-trap nanometry of higher plant myosin responsible for cytoplasmic streaming at a single molecule level

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, H Orii, R Nakamori, E Katayama, M Anson, T Shimmen, K Oiwa

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   44   S206 - S206  2003年

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Single molecule analysis of a higher plant myosin responsible for cytoplasmic streaming: its fast and processive movement along actin filaments with 35 nm steps

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, H Orii, R Nakamori, E Katayama, M Anson, T Shimmen, K Oiwa

    MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL   13   457A - 457A  2002年11月

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • A higher plant myosin runs processively along actin filaments with 35 nm steps

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, R Nakamori, T Shimmen, K Oiwa

    BIOPHYSICAL JOURNAL   82 ( 1 ) 411A - 411A  2002年01月

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

  • Optical trap nanometry of higher plant myosin (myosin XI) reveals its processive movement on an actin filament at 35 nm steps

    M Tominaga, H Kojima, E Yokota, H Orii, R Nakamori, T Shimmen, K Oiwa

    PLANT AND CELL PHYSIOLOGY   43   S89 - S89  2002年

    研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

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産業財産権

  • 成長が増強された形質転換植物及びその製造方法

    富永 基樹

    特許権

  • 成長増強植物及びその作出方法

    US 10,087,457B2

    富永 基樹, 伊藤 光二

    特許権

 

現在担当している科目

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他学部・他研究科等兼任情報

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバル・エデュケーション・センター

学内研究所・附属機関兼任歴

  • 2024年
    -
    2026年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

  • 2024年
    -
    2026年

    カーボンニュートラル社会研究教育センター   兼任センター員

特定課題制度(学内資金)

  • モータータンパク質ミオシンによる組織の秩序化と相互情報伝達の制御機構の解明

    2025年  

     概要を見る

    1.根冠最外層における細胞壁分解酵素分泌とミオシンXIの役割根冠ミオシンXIの役割を検証するため、xi-2・xi-b・xi-g の三重変異体に、RCPG プロモーター駆動のRCPG:tagRFPコンストラクトを導入し、RCPGpro:RCPG:tagRFP/pBm43GW(xi-2, xi-b, xi-g)形質転換体を作製した。三重変異体では RCPG の分泌に異常が生じることが明らかとなり、根冠最外層でのRCPG分泌過程にミオシンXIが関与している可能性が示唆された。この結果は、ミオシンXIが細胞壁分解酵素の輸送・分泌において重要な役割を担うことを示す興味深い結果となった2.液胞形成過程におけるミオシンXIの機能解析三重変異体を用い、液胞膜マーカーである VHP1をmGFPと融合させたVHP1-mGFP/pGWB501を導入した。導入株では明瞭な蛍光シグナルが検出されており、液胞膜マーカーが適切に発現していることが確認された。これにより、三重変異体背景における液胞形成過程の異常や、ミオシンXIの関与を今後詳細に解析するための基盤が整った。3.根冠ミオシンXIの人工的高速化による輸送依存的機能の検証根冠で主要に働くミオシンXI-BとXI-G のモーター領域を、シャジクモ由来の超高速ミオシンXIモーターに置換した高速型バージョンを作製した。高速型ミオシンを発現する根冠細胞層を観察したところ、XI-B・XI-G のいずれにおいても層構造の乱れが生じていた。この表現型は、根冠の分化・成熟を制御するNAC転写因子SOMBRERO(SMB)変異体で報告されている異常と類似していた。

  • 人工レバーアームを備えた高速型ミオシンXIによる植物バイオマス増産システムの開発

    2020年  

     概要を見る

    これまで,植物細胞内の原形質流動を駆動しているモータータンパク質ミオシン XI の高速化により,様々なモデル植物の大型化や種子生産の増加に成功した。今後,本技術を過酷なフィールドで実装するには,ミオシンの恒常的高発現による更なる大型化が必要である。しかしながら,これまで高速型ミオシンで恒常的高発現を行うと,植物に致死的な影響がでた。原因の一つとして,ミオシンの運動に不可欠な軽鎖カルモジュリンの細胞内での枯渇が考えられる。本研究では,“軽鎖”を必要としない“人工レバーアーム”を供えた高速型ミオシンXIを遺伝子工学的に設計し構築を行った。

  • 先祖型ミオシンXI発現による植物細胞内輸送の研究

    2018年  

     概要を見る

     本研究では,植物の進化に伴い多様化したミオシンXIの最も原始的な機能の同定を試みた。そのため,陸上植物進化の基部に位置するゼニゴケのミオシンXIに蛍光タンパク質を融合し,高等植物シロイヌナズナのミオシンXI多重ノックアウト株で発現させた。その結果,ゼニゴケミオシンXIは,シロイヌナズナ細胞内において原形質流動を発生させ,多重ノックアウトによる成長阻害を回復させる事が明らかとなった。すなわち,植物ミオシンXIの分子機能が,原形質流動を発生し成長を制御するため進化的に保存されている事が示唆された。本研究成果は,Plant Biology 2018や日本植物学会第82回大会等で発表した。

  • 先祖型ミオシンXI発現による植物細胞内輸送の研究

    2017年  

     概要を見る

     本研究は,陸上植物の進化に伴い多様化したミオシンXIの最も原始的な機能を同定することを目的とする。そのため,陸上植物進化の基部に位置するゼニゴケのミオシンXIに蛍光タンパク質を融合し,高等植物シロイヌナズナの培養細胞内で発現させ,ライブイメージング解析を行った。その結果,ゼニゴケミオシンXIは,シロイヌナズナ細胞内において小胞体と一部共局在し,活発な運動を行う事が明らかとなった。すなわち,植物ミオシンXIが持つ最も原始的な機能として、オルガネラ輸送を伴った原形質流動の発生にある可能性が示唆された。本研究成果は,第7回分子モーター討論会,日本植物学会第81回大会で発表した。