さあ取りたまえ、このゆらぎを速さに変えるのは、分子モーターだ

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2025-12-24 国立遺伝学研究所

細胞内輸送を担う分子モーターは、生きた細胞という動的でノイズに満ちた環境の中で機能している。木村研究室・細胞建築研究室らの研究グループは、分子モーターの一種ダイニンによる輸送が、生体内では試験管内よりも速いという現象に着目し、その仕組みを解明した。細胞質中のアクチンとミオシンが形成するアクトミオシンネットワークが生み出す「動的なゆらぎ(アクティブ・フラクチュエーション)」が、ランダムな力として働き、ダイニン輸送を加速していることを示した。アクトミオシン活性を操作すると輸送速度が変化し、さらに光ピンセット実験から、ダイニンが周囲のランダムな力を一方向運動へ変換できることが示唆された。本研究は、細胞内のゆらぎが輸送を阻害するのではなく、積極的に利用されていることを明らかにした。

さあ取りたまえ、このゆらぎを速さに変えるのは、分子モーターだ
(上) 生きている細胞の中でおこる2つの動き。ダイニンという分子モーターが細胞の中で輸送をおこない、その周囲ではミオシンとアクチンという分子がネットワーク (アクトミオシンネットワーク) をつくり、ランダムな動きと力を生み出している。(下) アクトミオシンネットワークが生み出すランダムな動きが強いほどダイニンによる輸送は速くなる。

<関連情報>

細胞質アクトミオシンネットワークの活発な変動がダイニン駆動輸送を促進する Active fluctuations of cytoplasmic actomyosin networks facilitate dynein-driven transport

Takayuki Torisawa ∙ Kei Saito ∙ Ken’ya Furuta ∙ Akatsuki Kimura
iScience  Published:November 17, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.114096

Highlights

  • Cytoplasmic environment accelerates dynein-driven transport
  • Reducing actomyosin activity decreases the speed of dynein-driven transport
  • Increasing actomyosin activity enhances dynein-driven transport
  • Rectification of cytoplasmic random forces may contribute to in vivo acceleration

Summary

Inside cells, molecular motors transport cargo through a highly crowded cytoplasmic environment. While such an environment is assumed to hinder transport, its precise effect remains unclear. Here, we investigated how the dynamics of cytoplasmic environments affect dynein-driven transport in C. elegans early embryos. In living embryos, we found that an artificial dynein-cargo complex exhibited significantly faster transport than in vitro, indicating an active acceleration mechanism in vivo. By altering the activity of actomyosin networks, we found that dynein-driven transport was accelerated by actomyosin-driven cytoplasmic fluctuations, with speed increasing upon myosin upregulation and decreasing upon its depletion. Furthermore, in vitro force measurements of dynein suggest that the asymmetric force response to random forces, generated by fluctuating dynamics of actomyosin networks, may contribute to acceleration. This study provides insights into a regulatory mechanism of molecular motors within fluctuating cytoplasm, harnessing cytoplasmic fluctuations to enhance transport efficiency in a highly crowded environment.

生物工学一般
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