・細胞膜に近い環境を人工脂質膜上で再現し、細胞間接着分子カドヘリンの結合・解離を直接観察
・高速原子間力顕微鏡（高速AFM）により、カドヘリン複合体の動的な結合過程を分子レベルで可視化
・静的な構造情報では説明できない多様な動的結合様式を解明し、細胞間接着・関連疾患に新たな知見
国立研究開発法人産業技術総合研究所 モレキュラーバイオシステム研究部門 西口 茂孝 主任研究員と、国立大学法人東京科学大学 生命理工学院 古田 忠臣 助教、国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学 大学院理学研究科 内橋 貴之 教授（大学共同利用機関法人自然科学研究機構 生命創成探究センター 客員教授）の研究チームは共同で、細胞膜を模した人工脂質膜上でカドヘリン複合体の結合過程を再現し、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）によって、その動きを分子レベルで直接観察しました。
カドヘリンは、細胞表面に存在する膜タンパク質で、隣り合う細胞同士をつなぎとめる役割を担います。細胞膜上では多数のカドヘリンが集まり複合体を形成することで、細胞同士の接着が安定し、組織の形や構造が保たれます。一方、こうした複合体が膜上でどのように結合・解離するのかを分子が動く状態のまま直接捉えることは難しく、細胞間接着の実際の過程には未解明の点が残されていました。
今回、研究チームは、細胞膜を模倣した人工脂質膜上にカドヘリンを配置することで、これまで観察が困難だったカドヘリン複合体の結合過程の観察を可能にしました。液中における分子の構造や動きをナノメートル・ミリ秒の時空間分解能で観察可能な高速AFMを用いた直接観察により、従来の静的な構造モデルだけでは十分に説明できない、カドヘリンの多様な配置や結合過程の存在が明らかになりました。本成果は、細胞間接着の基本原理の理解を深めるとともに、発生異常やがん細胞の浸潤など関連する疾患メカニズムの解明にもつながる可能性があります。今回の観察手法は、カドヘリン以外の細胞間接着分子や膜タンパク質の相互作用解析にも応用が期待されます。
なお、この技術の詳細は、2026年10月7日に「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)」にオンライン掲載されました。
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カドヘリン
細胞と細胞をつなぐカルシウム依存性の細胞間接着タンパク質。カドヘリンは細胞外領域、膜貫通領域、細胞質領域から構成されており、細胞外領域が細胞間における結合を担っている。
高速原子間力顕微鏡（高速AFM）
AFMは観察基板に吸着したタンパク質などの観察対象物を先鋭な探針でなぞる（スキャンする）ことにより、試料の表面形状をナノメートル分解能で画像化できる顕微鏡である。高速AFM ではサブ秒（～100 ms/frame）の時間分解能でリアルタイムイメージングが可能であり、液中におけるタンパク質やナノ材料の構造変化などの動態観察に利用されている。
掲載誌：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)
論文タイトル：Trans- and cis-interaction dynamics of cadherin complexes on membranes visualized by high-speed atomic force microscopy
著者：Shigetaka Nishiguchi, Tadaomi Furuta, Takayuki Uchihashi
DOI：https://doi.org/10.1073/pnas.2620441123
