細胞間接着分子がつながる瞬間を膜の上でとらえた -細胞膜を模した人工脂質膜を用いて解き明かすカドヘリン複合体の結合過程-

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2026-10-19 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所、東京科学大学、名古屋大学の研究チームは、細胞同士を接着させる膜タンパク質「カドヘリン」が、細胞膜上で結合・解離する過程を高速原子間力顕微鏡(高速AFM)で直接観察する技術を開発した。細胞膜を模した人工脂質膜の端面にカドヘリンを固定化することで、従来は困難だった分子の動的な観察を可能にした。観察の結果、カドヘリンは既知の構造モデルに対応する多量体だけでなく、これまで報告されていなかった結合構造も形成することが分かった。また、隣り合う膜のカドヘリン同士が、分子の反転を経ずに結合する「ホップ運動」も確認された。さらに、同一膜上での結合と、向かい合う膜間での結合が、単一の決まった順序ではなく多様な経路で進行することを明らかにした。本成果は、静的な構造解析だけでは捉えられない細胞間接着の動的な仕組みを理解するうえで重要であり、発生異常やがん細胞の浸潤など、接着機能の異常が関係する疾患の機構解明や、将来的な薬剤評価技術への応用が期待される。

細胞間接着分子がつながる瞬間を膜の上でとらえた -細胞膜を模した人工脂質膜を用いて解き明かすカドヘリン複合体の結合過程-

<関連情報>

高速原子間力顕微鏡で可視化された膜上のカドヘリン複合体のトランス相互作用およびシス相互作用の動態 Trans– and cis-interaction dynamics of cadherin complexes on membranes visualized by high-speed atomic force microscopy

Shigetaka Nishiguchi, Tadaomi Furuta, and Takayuki Uchihashi
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:October 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2620441123

Abstract

Classical cadherin-mediated cell–cell adhesion is important for maintaining the animal body and defects in adhesion cause severe diseases. The combination of trans– (between cells) and cis– (on the same membrane) interactions of the extracellular domains of cadherins is necessary for cadherin clustering in cell–cell junctions, which is essential for robust tissue formation. However, the solution structure and interaction dynamics of trans/cis-binding cadherin complexes have not been observed because of technical limitations; therefore, the cadherin clustering mechanism is not well understood. In this study, we reconstituted trans/cis-binding cadherin complexes on membranes and visualized their structure and dynamics using high-speed atomic force microscopy. Our method revealed trans-strand-swap interactions through flipping and hopping motions and cis-interactions, which contributed to multiple interaction patterns on the membrane. In addition, we observed cadherin complex structures that were distinct from those in crystal structures. These results suggest that cadherins adopt dynamic and diverse conformations through multiple assembly pathways on the membrane.

生物化学工学
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