東北大学研究者紹介

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マツバヤシ　ヒデアキ

松林　英明

Hideaki Matsubayashi

所属

高等研究機構学際科学フロンティア研究所　新領域創成研究部学際基盤研究分野　生命・環境研究領域

職名

助教

学位

博士（医科学）（東京大学）
修士（生命科学）（東京大学）

researchmap

https://researchmap.jp/hmatsubayashi

J-GLOBAL ID

202001006489665667

e-Rad 研究者番号

00853061

ORCID

https://orcid.org/0000-0002-0198-4465

経歴 6

2025年10月～継続中

JST創発的研究支援事業　創発研究者
2022年4月～継続中

東北大学　学際科学フロンティア研究所新領域創成研究部　助教
2021年4月～ 2025年3月

JST　さきがけ研究員（兼任）
2016年4月～ 2022年3月

ジョンズホプキンス大学　医学系研究科細胞生物学専攻　博士研究員
2016年4月～ 2018年3月

日本学術振興会　海外特別研究員
2013年4月～ 2016年3月

日本学術振興会　特別研究員（DC1)

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学歴 5

東京大学　大学院新領域創成科学研究科　メディカル情報生命専攻博士課程

2013年4月～ 2016年3月
東京大学　大学院新領域創成科学研究科　メディカルゲノム専攻修士課程

2011年4月～ 2013年3月
東京大学　工学部　化学生命工学科

2009年4月～ 2011年3月
東京大学　教養学部　理科一類

2007年4月～ 2009年3月
東京都立日比谷高等学校

2004年4月～ 2007年3月

研究キーワード 7

アクチン
Light inducible dimerization
細胞骨格
リポソーム
無細胞翻訳系
人工細胞
合成生物学

研究分野 3

ライフサイエンス / 細胞生物学 /
ライフサイエンス / 生物物理学 /
ライフサイエンス / 機能生物化学 /

受賞 8

日本細胞生物学会若手優秀発表賞

2025年7月　日本細胞生物学会　Light-guided Actin Dynamics Drive Directed Motility in Synthetic Cells
日本蛋白質科学会若手奨励賞

2024年6月　日本蛋白質科学会　PI3-kinase iSH2 ドメインによる細胞運動のアクセルとブレーキ
Postdoctoral Researcher Award

2021年4月　Experimental Biology 2021　Disordered Region in PI3K Regulatory Subunit p85 Drives Clathrin-dependent Endocytosis and Regulates Cell Motility
Best poster prize

2018年7月　he FASEB 2018 SRC, Phospholipids: Dynamic Lipid Signaling in Health and Disease
ポスター賞特別賞

2014年8月　第54回生命科学夏の学校　無細胞翻訳系による SecYEG トランスロコンの合成
口頭発表賞

2014年　第11回21世紀大腸菌研究会
英語論文発表会「優秀賞」

2013年　東京大学新領域創成科学研究科メディカルゲノム専攻
ポスター賞優秀賞

2011年7月　第51回生命科学夏の学校　無細胞タンパク質合成系を用いた SecYEG translocon の構築

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論文 23

A bacterial actin with high ATPase activity regulates the polymerization of a partner MreB isoform essential for Spiroplasma swimming motility. 国際誌

Daichi Takahashi, Hana Kiyama, Hideaki T Matsubayashi, Ikuko Fujiwara, Makoto Miyata

The Journal of biological chemistry　110462-110462　2025年7月7日

DOI： 10.1016/j.jbc.2025.110462 　

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Spiroplasma is a wall-less helical bacterium that is characterized by a unique swimming motility involving five isoforms of the bacterial actin MreBs (SMreB1-5). The functions of SMreBs are unique in the MreB family proteins, as their counterparts in walled-bacteria localize the cell-wall synthesis complex by forming filaments that slowly turn over to maintain the cell shape. In vitro analyses of individual SMreBs provide clues to understand the detailed molecular mechanism of Spiroplasma swimming. However, the purification difficulties have hampered in vitro analyses of one of the SMreBs, SMreB1, which drives the swimming. Here, we isolated soluble SMreB1 of Spiroplasma eriocheiris (SpeMreB1) and evaluated its activity. SpeMreB1 was expressed as a fusion with a solubilization-tag, ProteinS (PrS), which allowed us to purify it in the soluble fraction. SpeMreB1 exhibited the highest phosphate (Pi) release rate and the fold changes of critical concentrations for polymerization across the nucleotide states among the MreB family proteins. SpeMreB1 interacted with polymerized SpeMreB5, another SMreB essential for Spiroplasma swimming. In the AMPPNP- or ADP-bound state, SpeMreB1 decreased the amount of SpeMreB5 filaments, possibly reflecting their disassembly. Regardless of the nucleotide state, SpeMreB1 bound to negatively charged lipids. These results suggest that SpeMreB1 utilizes its highest activity to manage SpeMreB5 filaments underneath the cell membrane to drive Spiroplasma swimming. IMPORTANCE: In most bacterial species, MreB forms stable filaments that are involved in cell-shape maintenance by localizing the bacterial cell-wall synthesis complex. In contrast, five isoforms of MreBs in the pathogenic wall-less helical bacterium Spiroplasma are involved in its unique motility system driven by a kink propagation along the helical cell. Our integrated biochemical assays show that one isoform of MreBs involved in the swimming of a crustacean pathogen S. eriocheiris (SpeMreB1) is exceptionally active in the MreB family proteins and manages the polymerization of another MreB essential for the swimming (SpeMreB5). This study sheds light on an evolutionary mystery how Spiroplasma has adapted static MreB proteins to a dynamic phenomenon like its swimming motility.
A unified purification method for actin-binding proteins using a TEV-cleavable His-Strep-tag 国際誌国際共著査読有り

Daichi Nakajima, Nozomi Takahashi, Takanari Inoue, Shin-ichiro M. Nomura, Hideaki T. Matsubayashi

MethodsX　2024年12月

DOI： 10.1016/j.mex.2024.102884 　
Light-guided actin polymerization drives directed motility in protocells 国際共著

Hideaki T. Matsubayashi, Shiva Razavi, T. Willow Rock, Daichi Nakajima, Hideki Nakamura, Daniel A. Kramer, Tomoaki Matsuura, Baoyu Chen, Satoshi Murata, Shinichiro M. Nomura, Takanari Inoue

BioRxiv　2024年10月15日

DOI： 10.1101/2024.10.14.617543 　
A highly active bacterial actin actuates the polymerization of another isoform essential for swimming motility ofSpiroplasma

Daichi Takahashi, Hana Kiyama, Hideaki Matsubayashi, Ikuko Fujiwara, Makoto Miyata

BioRxiv　2024年9月8日
出版者・発行元： Cold Spring Harbor Laboratory
DOI： 10.1101/2024.09.04.611326 　

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Spiroplasmais a wall−less helical bacterium possessing five isoforms of bacterial actin MreBs (SMreB1−5) for its swimming, speculated to be the sole motility system driven by endogenous bacterial actin proteins. Its detailed molecular mechanism remains elusive due to the lack of soluble constructs of SMreB1 essential forSpiroplasmaswimming. Here, we isolated soluble SMreB1 ofSpiroplasma eriocheiris(SpeMreB1) and evaluated its activity. The phosphate release rate and fold changes of polymerization−critical concentrations over the nucleotide states of SpeMreB1 are the highest among the MreB family proteins. SpeMreB1 interacts with polymerized SpeMreB5, another SMreB essential forSpiroplasmaswimming, and decreases SpeMreB5 filament amount depending on the nucleotide state. A decrease in SpeMreB5 filament amount is independent of SpeMreB1 polymerization, although it is essential for swimming motility. SpeMreB1 binds to negatively charged lipids, regardless of their nucleotide state. These results suggest that SpeMreB1 manages SpeMreB5 filaments to driveSpiroplasmaswimming.
Transmembrane DNA Sequence Signaling via Hybridization

Kai Yoshida, Keita Abe, Yusuke Sato, Ibuki Kawamata, Richard James Archer, Hideaki T. Matsubayashi, Shogo Hamada, Satoshi Murata, Shin-ichiro NOMURA

ChemRxiv　2024年7月16日

DOI： 10.26434/chemrxiv-2024-571kp 　

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<jats:p>This study explored a novel transmembrane signaling mechanism using DNA hybridization to facilitate molecular communication across lipid membranes. We designed a system where single-stranded DNA (ssDNA) with cholesterol groups, termed “Driver,” anchors to giant unilamellar vesicles (GUVs). The Driver hybridizes with a complementary ssDNA, “Packet,” carrying signaling sequences. This hybridization enables the transport of DNA sequences across the lipid membrane, triggering internal fluorescence signaling. We demonstrated that this system, named “Chabashira,” effectively facilitates DNA sequence transfer and information processing within GUVs. Our findings suggest potential applications in artificial molecular systems and DNA-based information processing, highlighting the capability for complex and compartmentalized molecular communication.</jats:p>
Micrometer-sized Reverse Vesicle with DNA Membrane in Oil 査読有り

Hinata Kariya, Hideaki Matsubayashi, Shin-ichiro M. Nomura

MARSS2024　2024年7月
Synthetic control of actin polymerization and symmetry breaking in active protocells. 国際誌査読有り

Shiva Razavi, Felix Wong, Bedri Abubaker-Sharif, Hideaki T Matsubayashi, Hideki Nakamura, Nhung Thi Hong Nguyen, Douglas N Robinson, Baoyu Chen, Pablo A Iglesias, Takanari Inoue

Science advances　10　(24)　eadk9731　2024年6月14日

DOI： 10.1126/sciadv.adk9731 　

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<jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Non-linear biomolecular interactions on the membranes drive membrane remodeling that underlies fundamental biological processes including chemotaxis, cytokinesis, and endocytosis. The multitude of biomolecules, the redundancy in their interactions, and the importance of spatiotemporal context in membrane organization hampers understanding the physical principles governing membrane mechanics. A minimal, in vitro system that models the functional interactions between molecular signaling and membrane remodeling, while remaining faithful to cellular physiology and geometry is powerful yet remains unachieved. Here, inspired by the biophysical processes underpinning chemotaxis, we reconstituted externally-controlled actin polymerization inside giant unilamellar vesicles, guiding self-organization on the membrane. We show that applying undirected external chemical inputs to this system results in directed actin polymerization and membrane deformation that are uncorrelated with upstream biochemical cues, indicating symmetry breaking. A biophysical model of the dynamics and mechanics of both actin polymerization and membrane shape suggests that inhomogeneous distributions of actin generate membrane shape deformations in a non-linear fashion, a prediction consistent with experimental measurements and subsequent local perturbations. The active protocellular system demonstrates the interplay between actin dynamics and membrane shape in a symmetry breaking context that is relevant to chemotaxis and a suite of other biological processes.</jats:p>
Non-catalytic role of phosphoinositide 3-kinase in mesenchymal cell migration through non-canonical induction of p85β/AP2-mediated endocytosis. 国際誌査読有り

Hideaki T Matsubayashi, Jack Mountain, Nozomi Takahashi, Abhijit Deb Roy, Tony Yao, Amy F Peterson, Cristian Saez Gonzalez, Ibuki Kawamata, Takanari Inoue

Nature communications　15　(1)　2612-2612　2024年3月23日

DOI： 10.1038/s41467-024-46855-y 　

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Class IA phosphoinositide 3-kinase (PI3K) galvanizes fundamental cellular processes such as migration, proliferation, and differentiation. To enable these multifaceted roles, the catalytic subunit p110 utilizes the multi-domain, regulatory subunit p85 through its inter SH2 domain (iSH2). In cell migration, its product PI(3,4,5)P3 generates locomotive activity. While non-catalytic roles are also implicated, underlying mechanisms and their relationship to PI(3,4,5)P3 signaling remain elusive. Here, we report that a disordered region of iSH2 contains AP2 binding motifs which can trigger clathrin and dynamin-mediated endocytosis independent of PI3K catalytic activity. The AP2 binding motif mutants of p85 aberrantly accumulate at focal adhesions and increase both velocity and persistency in fibroblast migration. We thus propose the dual functionality of PI3K in the control of cell motility, catalytic and non-catalytic, arising distinctly from juxtaposed regions within iSH2.
ActuAtor, a Listeria-inspired molecular tool for physical manipulation of intracellular organizations through de novo actin polymerization 査読有り

Hideki Nakamura, Elmer Rho, Christopher T. Lee, Kie Itoh, Daqi Deng, Satoshi Watanabe, Shiva Razavi, Hideaki T. Matsubayashi, Cuncheng Zhu, Eleanor Jung, Padmini Rangamani, Shigeki Watanabe, Takanari Inoue

Cell Reports　2023年10月

DOI： 10.1016/j.celrep.2023.113089 　

ISSN：2211-1247
Synthetic control of actin polymerization and symmetry breaking in active protocells. 国際誌

Shiva Razavi, Felix Wong, Bedri Abubaker-Sharif, Hideaki T Matsubayashi, Hideki Nakamura, Eduardo Sandoval, Douglas N Robinson, Baoyu Chen, Jian Liu, Pablo A Iglesias, Takanari Inoue

bioRxiv : the preprint server for biology　2023年9月23日

DOI： 10.1101/2023.09.22.559060 　

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Non-linear biomolecular interactions on the membranes drive membrane remodeling that underlies fundamental biological processes including chemotaxis, cytokinesis, and endocytosis. The multitude of biomolecules, the redundancy in their interactions, and the importance of spatiotemporal context in membrane organization hampers understanding the physical principles governing membrane mechanics. A minimal, in vitro system that models the functional interactions between molecular signaling and membrane remodeling, while remaining faithful to cellular physiology and geometry is powerful yet remains unachieved. Here, inspired by the biophysical processes underpinning chemotaxis, we reconstituted externally-controlled actin polymerization inside giant unilamellar vesicles, guiding self-organization on the membrane. We show that applying undirected external chemical inputs to this system results in directed actin polymerization and membrane deformation that are uncorrelated with upstream biochemical cues, indicating symmetry breaking. A biophysical model of the dynamics and mechanics of both actin polymerization and membrane shape suggests that inhomogeneous distributions of actin generate membrane shape deformations in a non-linear fashion, a prediction consistent with experimental measurements and subsequent local perturbations. The active protocellular system demonstrates the interplay between actin dynamics and membrane shape in a symmetry breaking context that is relevant to chemotaxis and a suite of other biological processes.
Non-catalytic role of phosphoinositide 3-kinase in mesenchymal cell migration through non-canonical induction of p85β/AP-2-mediated endocytosis. 国際誌

Hideaki T Matsubayashi, Jack Mountain, Tony Yao, Amy F Peterson, Abhijit Deb Roy, Takanari Inoue

bioRxiv : the preprint server for biology　2023年1月2日

DOI： 10.1101/2022.12.31.522383 　

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Class IA phosphoinositide 3-kinase (PI3K) galvanizes fundamental cellular processes such as migration, proliferation, and differentiation. To enable multifaceted roles, the catalytic subunit p110 utilizes a multidomain, regulatory subunit p85 through its inter SH2 domain (iSH2). In cell migration, their product PI(3,4,5)P3 generates locomotive activity. While non-catalytic roles are also implicated, underlying mechanisms and its relationship to PI(3,4,5)P3 signaling remain elusive. Here, we report that a disordered region of iSH2 contains previously uncharacterized AP-2 binding motifs which can trigger clathrin and dynamin-mediated endocytosis independent of PI3K catalytic activity. The AP-2 binding motif mutants of p85 aberrantly accumulate at focal adhesions and upregulate both velocity and persistency in fibroblast migration. We thus propose the dual functionality of PI3K in the control of cell motility, catalytic and non-catalytic, arising distinctly from juxtaposed regions within iSH2.
Dynamin is primed at endocytic sites for ultrafast endocytosis. 国際誌査読有り

Yuuta Imoto, Sumana Raychaudhuri, Ye Ma, Pascal Fenske, Eduardo Sandoval, Kie Itoh, Eva-Maria Blumrich, Hideaki T Matsubayashi, Lauren Mamer, Fereshteh Zarebidaki, Berit Söhl-Kielczynski, Thorsten Trimbuch, Shraddha Nayak, Janet H Iwasa, Jian Liu, Bin Wu, Taekjip Ha, Takanari Inoue, Erik M Jorgensen, Michael A Cousin, Christian Rosenmund, Shigeki Watanabe

Neuron　110　(17)　2815-2835　2022年9月7日

DOI： 10.1016/j.neuron.2022.06.010 　
A molecular trap inside microtubules probes luminal access by soluble proteins. 国際誌査読有り

Yuta Nihongaki, Hideaki T Matsubayashi, Takanari Inoue

Nature chemical biology　17　(8)　888-895　2021年8月3日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media {LLC}
DOI： 10.1038/s41589-021-00791-w 　

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The uniquely hollow structure of microtubules (MTs) confers characteristic mechanical and biological properties. Although most regulatory processes take place at the outer surface, molecular events inside MTs, such as α-tubulin acetylation, also play a critical role. However, how regulatory proteins reach the site of action remains obscure. To assess luminal accessibility, we first identified luminally positioned residues of β-tubulin that can be fused to a protein of interest. We then developed a chemically inducible technique with which cytosolic proteins can be rapidly trapped at the lumen of intact MTs in cells. A luminal trapping assay revealed that soluble proteins of moderate size can enter the lumen via diffusion through openings at the MT ends and sides. Additionally, proteins forming a complex with tubulins can be incorporated to the lumen through the plus ends. Our approach may not only illuminate this understudied territory, but may also help understand its roles in MT-mediated functions.
Disordered Region in PI3K Regulatory Subunit p85 Drives Clathrin‐dependent Endocytosis and Regulates Cell Motility

Hideaki Matsubayashi, Jack Mountain, Amy Peterson, Takanari Inoue

The FASEB Journal　35　(S1)　2021年5月14日
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1096/fasebj.2021.35.s1.01941 　

ISSN：0892-6638

eISSN：1530-6860
Hetero-oligomerization of Rho and Ras GTPases Connects GPCR Activation to mTORC2-AKT Signaling. 国際誌査読有り

Hiroshi Senoo, May Wai, Hideaki T Matsubayashi, Hiromi Sesaki, Miho Iijima

Cell reports　33　(8)　108427-108427　2020年11月24日
出版者・発行元： Elsevier {BV}
DOI： 10.1016/j.celrep.2020.108427 　

ISSN：2211-1247

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The activation of G-protein-coupled receptors (GPCRs) leads to the activation of mTORC2 in cell migration and metabolism. However, the mechanism that links GPCRs to mTORC2 remains unknown. Here, using Dictyostelium cells, we show that GPCR-mediated chemotactic stimulation induces hetero-oligomerization of phosphorylated GDP-bound Rho GTPase and GTP-bound Ras GTPase in directed cell migration. The Rho-Ras hetero-oligomers directly and specifically stimulate mTORC2 activity toward AKT in cells and after biochemical reconstitution using purified proteins in vitro. The Rho-Ras hetero-oligomers do not activate ERK/MAPK, another kinase that functions downstream of GPCRs and Ras. Human KRas4B functionally replace Dictyostelium Ras in mTORC2 activation. In contrast to GDP-Rho, GTP-Rho antagonizes mTORC2-AKT signaling by inhibiting the oligomerization of GDP-Rho with GTP-Ras. These data reveal that GPCR-stimulated hetero-oligomerization of Rho and Ras provides a critical regulatory step that controls mTORC2-AKT signaling.
The bacterial protein YidC accelerates MPIase-dependent integration of membrane proteins. 国際誌査読有り

Masaru Sasaki, Hanako Nishikawa, Sonomi Suzuki, Michael Moser, Maria Huber, Katsuhiro Sawasato, Hideaki T Matsubayashi, Kaoru Kumazaki, Tomoya Tsukazaki, Yutetsu Kuruma, Osamu Nureki, Takuya Ueda, Ken-Ichi Nishiyama

The Journal of biological chemistry　294　(49)　18898-18908　2019年12月6日

DOI： 10.1074/jbc.RA119.011248 　

ISSN：0021-9258

eISSN：1083-351X
Discovery of the Hedgehog Pathway Inhibitor Pipinib that Targets PI4KIIIß. 国際誌査読有り

Lea Kremer, Elisabeth Hennes, Alexandra Brause, Andrei Ursu, Lucas Robke, Hideaki T Matsubayashi, Yuta Nihongaki, Jana Flegel, Ivana Mejdrová, Jan Eickhoff, Matthias Baumann, Radim Nencka, Petra Janning, Susanne Kordes, Hans R Schöler, Jared Sterneckert, Takanari Inoue, Slava Ziegler, Herbert Waldmann

Angewandte Chemie (International ed. in English)　58　(46)　16617-16628　2019年11月11日

DOI： 10.1002/anie.201907632 　

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The Hedgehog (Hh) signaling pathway is crucial for vertebrate embryonic development, tissue homeostasis and regeneration. Hh signaling is upregulated in basal cell carcinoma and medulloblastoma and Hh pathway inhibitors targeting the Smoothened (SMO) protein are in clinical use. However, the signaling cascade is incompletely understood and novel druggable proteins in the pathway are in high demand. We describe the discovery of the Hh-pathway modulator Pipinib by means of cell-based screening. Target identification and validation revealed that Pipinib selectively inhibits phosphatidylinositol 4-kinase IIIβ (PI4KB) and suppresses GLI-mediated transcription and Hh target gene expression by impairing SMO translocation to the cilium. Therefore, inhibition of PI4KB and, consequently, reduction in phosphatidyl-4-phosphate levels may be considered an alternative approach to inhibit SMO function and thus, Hedgehog signaling.
De Novo Synthesis of Basal Bacterial Cell Division Proteins FtsZ, FtsA, and ZipA Inside Giant Vesicles. 国際誌査読有り

Takumi Furusato, Fumihiro Horie, Hideaki T Matsubayashi, Kazuaki Amikura, Yutetsu Kuruma, Takuya Ueda

ACS synthetic biology　7　(4)　953-961　2018年4月20日

DOI： 10.1021/acssynbio.7b00350 　

eISSN：2161-5063
Cell-free synthesis of SecYEG translocon as the fundamental protein transport machinery. 国際誌査読有り

Hideaki Matsubayashi, Yutetsu Kuruma, Takuya Ueda

Origins of life and evolution of the biosphere : the journal of the International Society for the Study of the Origin of Life　44　(4)　331-4　2014年12月1日

DOI： 10.1007/s11084-014-9389-y 　

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The cell membrane has many indispensable functions for sustaining cell alive besides a role as merely outer envelope. The most of such functions are implemented by membrane embedded proteins that are emerged through the membrane integration machinery, SecYEG translocon. Here, we synthesized SecYEG by expressing the corresponding gene in vitro to study the process of functionalization of the cell membrane.
Purified cell-free systems as standard parts for synthetic biology. 招待有り査読有り

Hideaki T. Matsubayashi

Current opinion in chemical biology　22　158-162　2014年10月15日
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.cbpa.2014.09.031 　

ISSN：1367-5931

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A cell free protein synthesis approach is extensively used for biochemical and synthetic biology researches. Unlike lysate based cell free systems, the PURE system is reconstituted with individually purified factors essential for transcriptional and translational processes. Hence, the components in the PURE system can be definitely manipulated as per the desired situation. Because of this high controllability, the PURE system has been applied to a wide range of research scene, such as biochemical analysis in reconstructed system, in vitro protein engineering, reconstitution of an artificial cell. We believe that this purified cell-free protein synthesis system become a basal technology to advance synthetic biology.
In vitro synthesis of the E. coli Sec translocon from DNA. 国際誌査読有り

Hideaki Matsubayashi, Yutetsu Kuruma, Takuya Ueda

Angewandte Chemie (International ed. in English)　53　(29)　7535-8　2014年7月14日

DOI： 10.1002/anie.201403929 　

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Difficulties in constructing complex lipid/protein membranes have severely limited the development of functional artificial cells endowed with vital membrane-related functions. The Sec translocon membrane channel, which mediates the insertion of membrane proteins into the plasma membrane, was constructed in the membrane of lipid vesicles through in vitro expression of its component proteins. The components of the Sec translocon were synthesized from their respective genes in the presence of liposomes, thereby bringing about a functional complex. The synthesized E. coli Sec translocon mediated the membrane translocation of single- and multi-span membrane proteins. The successful translocation of a functional peptidase into the liposome lumen further confirmed the proper insertion of the translocon complex. Our results demonstrate the feasible construction of artificial cells, the membranes of which can be functionalized by directly decoding genetic information into membrane functions.
In vitro reconstruction of functional membrane

Yutetsu Kuruma, Hideaki Matsubayashi, Takuya Ueda

Artificial Life 14 - Proceedings of the 14th International Conference on the Synthesis and Simulation of Living Systems, ALIFE 2014　963-964　2014年
出版者・発行元： MIT Press Journals
Autonomous construction of synthetic cell membrane

Yutetsu Kuruma, Hideaki Matsubayashi

Advances in Artificial Life, ECAL 2013　9-10　2013年9月2日
出版者・発行元： MIT Press
DOI： 10.1162/978-0-262-31709-2-ch002

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MISC 4

Toward simulating the origin of eukaryotes in an artificial cell 招待有り査読有り

Hideaki T. Matsubayashi

Viva Origino　2021年11月

DOI： 10.50968/vivaorigino.49_13 　

ISSN： 0910-4003 1346-6933
海外だより～ボルチモアへ，人工細胞走らせに～招待有り

松林英明

61　(1)　057-058　2021年1月
出版者・発行元： Biophysical Society of Japan
DOI： 10.2142/biophys.61.057 　

ISSN： 0582-4052

eISSN： 1347-4219
無細胞タンパク質合成系招待有り

松林英明, 上田卓也

高分子学会誌「高分子」　63　(6)　379-381　2014年6月
Cell-free protein synthesis system

Hideaki Matsubayashi, Takuya Ueda

Kobunshi　63　(6)　379-381　2014年
出版者・発行元： Society of Polymer Science
ISSN： 0454-1138

講演・口頭発表等 25

Light-guided Actin Dynamics Drive Directed Motility in Synthetic Cells 招待有り

Joint Meeting of JSCB 77th JSDB 58th　2025年7月16日
Optogenetic Control of Actin Networks Drives Synthetic Cell Motility 招待有り

2025 Korea-Japan Joint Conference on Protein Science　2025年6月22日
Building up cell motility in synthetic cells 国際会議国際共著招待有り

Hideaki Matsubayashi

Global insights in life sciences: bridging European and Japanese research　2025年2月28日
Reconstructing Spatiotemporal Dynamics of the Actin Cytoskeleton in Giant Vesicles: Towards Synthetic Cell Motility 国際会議招待有り

Hideaki Matsubayashi

FRESK seminar, ENS Qbio　2025年2月24日
生命の機能獲得を"創る"人工細胞研究招待有り

松林英明

第7回 ExCELLSシンポジウム　2025年1月30日
Synthesizing motility in artificial cells by asymmetrically reconstituted actin polymerization 国際会議招待有り

Hideaki Matsubayashi

USCD Friend of Cell Seminar　2024年12月18日
細胞骨格タンパク質の光操作で駆動する人工細胞の変形と運動招待有り

松林英明

細胞を創る研究会17.0　2024年11月11日
Reconstituting actin-driven symmetry breaking and cell motility in synthetic cells 国際会議招待有り

Hideaki Matsubayashi, Hideki Nakamura, Shiva Razavi, Daichi Nakajima, Nozomi, Takahashi, Daniel A. Kramer, Tomoaki Matsuura, Baoyu Chen, Satoshi Murata, Shin-ichiro, M. Nomura, Takanari Inoue

Next-Gen Cytoskeleton Research Seminar　2024年11月7日
アクチンによる力発生と細胞運動の再構成招待有り

松林英明

CBI学会2024年大会　2024年10月30日
アクチン細胞骨格の光操作による細胞運動の再構成

松林英明

第12回分子ロボティクス定例研究会　2024年8月22日
PI3キナーゼが制御する細胞遊走の「促進」と「抑制」：p85β/AP2を介したエンドサイトーシスとPI3Kの細胞内局在制御機構の解明

松林英明

第76回日本細胞生物学会大会　2024年7月17日
Non-catalytic role of phosphoinositide 3-kinase in cell migration through non-canonical induction of p85beta/AP2-mediated endocytosis 招待有り

Hideaki Matsubayashi

第24回日本蛋白質科学会年会　2024年6月12日
Reconstituting Actin-Driven Symmetry Breaking and Cell Motility in Synthetic Cells 国際会議招待有り

Hideaki Matsubayashi

UW-TU:AOS Workshop　2024年6月7日
試験管内合成とタンパク質光操作による人工細胞膜の機能拡張招待有り

松林英明

第６１回日本生物物理学会年会　2023年11月16日
細胞運動を駆動する PI3Kの新規制御機構の解明とアクチン系の再構成招待有り

松林英明

SPEED Journal Club　2023年11月10日
人工細胞内でのアクチン重合光操作と細胞運動の再構成招待有り

松林英明

生物物理学会サブグループ「人工細胞モデル＆分子ロボティクス」第４回研究会　2023年1月25日
Synthesizing motility in artificial cells by asymmetrically reconstituted actin polymerization 国際会議招待有り

Hideaki Matsubayashi, Shiva Razavi, Willow Rock, Hideki Nakamura, Daniel A. Kramer, Tomoaki Matsuura, Shin-ichiro M. Nomura, Baoyu Chen, Takanari Inoue

Gordon Research Conference, Directed Cell Migration　2023年1月9日
人工細胞内でのアクチン重合光操作が可能にする細胞運動の再構成

松林英明, Shiva Razavi, 中村秀樹, Daniel A. Krame, 松浦友亮, 野村M, 慎一郎, Baoyu Chen, 井上尊生

第6回分子ロボティクス年次大会　2022年11月13日
Synthesizing motility in artificial cells by asymmetrically reconstituted actin polymerization 招待有り

Hideaki Matsubayashi

CCD Talk (Johns Hopkins University)　2022年5月27日
Disordered region in PI3K regulatory subunit p85 drives clathrin-dependent endocytosis and regulates cell motility

Hideaki Matsubayashi, Jack Mountain, Amy Peterson, Takanari Inoue

Experimental Biology 2021　2021年4月
人工細胞内でのタンパク質操作が明らかにする細胞骨格機能の最小要素招待有り

松林英明

生命の起源と進化学会 2021 年シンポジウム　2021年3月
In Vitro Synthesis and Functional Analysis of SecYEG Translocon 招待有り

松林英明

3若手(生化学、生物物理、脳科学)合同セミナー　2016年3月
無細胞翻訳系による SecYEG トランスロコンの合成

第 37 回日本分子生物学会年会　2014年11月
PURE system による膜タンパク質合成システムの構築

第9回無細胞生命科学研究会　2014年10月
無細胞翻訳系による SecYEG トランスロコンの合成

第11回21世紀大腸菌研究会　2014年6月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 12

細胞運動の再構成によるアクチン細胞骨格の協奏的力発生機構の解明

松林英明

2025年4月1日～ 2029年3月31日
走化性人工細胞の創出

2025年10月～ 2028年9月
光操作で紡ぐアクチン細胞骨格因子の協奏と高次構造の理解

松林英明

2025年4月1日～ 2027年3月31日
細胞の力学的機能の自在制御に向けたオルソゴナル細胞骨格系の開発

2025年4月～ 2027年3月
細胞走化性の再構成に向けたPI3Kの光操作とin vitro再構成

2025年4月～ 2026年3月
新規⼈⼯細胞⾻格タンパク質の合理設計と細胞操作への応⽤

2024年4月～ 2026年3月
アクチン重合光操作を基盤とした人工細胞ネットワーク自在配線技術の開発

松林英明

2023年4月1日～ 2025年3月31日

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本研究では、リポソーム型人工細胞のネットワーク構築の方法の開発を目指している。本年度は、多数のリポソームを再現性良く、かつ、サイズを揃えて作成する方法の構築を進め、リポソームを収率よく作成できる条件が見出されたため成果が得られた。また、人工細胞のネットワーク構築にあたり、脂質膜の変形を操作する方法論の開発を目指し、関連するタンパク質の精製を進めた。当初予定していたタンパク質について、十分な量と精製度でタンパク質を取得し、進展があった。特に、膜変形活性があるタンパク質については、リポソームの変形および脂質膜チューブの形成が観察された。次年度、この膜変形の活性について、光制御する方法と条件の検討を進める予定である。アクチン関連タンパク質については、精製タグを改良し、複数種類のアクチン関連タンパク質を統一した方法で精製できるよう実験系を構築した。これについては、現在論文を投稿中である。このような精製法を確立したことで、当初予定にはなかったタンパク質についても並行して取得できたため、次年度、解析を進める予定である。タンパク質光操作についても、これまで用いてきた光応答性タンパク質のペアとは別の光応答性タンパク質について、リポソーム内での活性と光制御が確認できたため、進展した。次年度は、膜変形タンパク質、アクチンとアクチン関連タンパク質、そして、光応答性タンパク質、そしてリポソームを整列させる方法などの検討し、これらを組み合わせることで、リポソームの変形制御やリポソーム間の連結などへと進展させたい。
人工細胞内アクチン重合光操作が可能にする細胞運動原理の構成的解明

松林英明

2023年4月1日～ 2025年3月31日

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本研究では、細胞運動を構成的に理解することを目指している。本年度は、まず、細胞が運動する際に見せる非対称なアクチンの重合をリポソーム型人工細胞の内部で再構築することについて進展が得られた。アクチン重合の操作を可能にするために、アクチン重合核形成促進因子と化合物依存型タンパク質二量体化系や、光依存型タンパク質二量体化系とを組み合わせた手法について、細胞内で応用について共著論文として発表した。さらに、化合物依存型タンパク質二量体化系をリポソーム型人工細胞内で応用し、非対称なアクチン重合や膜変形が観察された。この結果について、BioRxivで報告した。光依存型タンパク質二量体化系をリポソーム型人工細胞内に応用した方法についても研究を進め、大きく進展した。特に、アクチンの局在を光で制御する方法とその条件が見出され、さらに、特定の条件において光刺激方向に脂質膜が突出する結果が得られた。今後、非対称なアクチンの操作による膜の突出について、最小因子の同定などさらに解析を進める予定である。また、細胞の運動原理の理解についても、細胞骨格機能の上流の制御に関わるPI3Kの解析から新たな知見が得られ、その成果を報告した。
合成細菌JCVI syn3.0B とゲノム操作を用いた細胞進化モデルの構築

宮田真人

2024年4月～ 2025年3月

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JCVI-syn3.0は,2016年にマイコプラズマを基に作られた合成細菌で,そのゲノムは増殖に必須な遺伝子のみで構成されています.本研究では,様々な遺伝子をこの合成細菌に移植・発現させて,運動,細胞壁形成,DNA分配,膜リモデリング,などの能力の獲得という原始の細胞から真核生物にいたるイベントを実験で再現します.さらに,細胞を自由にデザインすることにより,新たな細胞の構築を行います.
潜在する生命のゲノムが創出する原始細胞骨格機能の具現化

2021年4月～ 2025年3月
細胞極性化機能を備えた脂質膜小胞 (Smart GUV) の創成

2016年4月～ 2018年3月
無細胞翻訳系を用いたＳｅｃＹＥＧトランスロコンの機能発現メカニズムの解析

松林英明

2013年4月1日～ 2016年3月31日

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昨年度までに、無細胞翻訳系によるSecYEGの再構築と、それに基づいて合成する膜タンパク質のliposome膜上でのトポロジー制御について成果をまとめ、論文発表と複数の学会での発表をすることができた。本年度は、さらに研究を発展させるべく、SecYEGの無細胞合成に必要な脂質組成の解析と、合成したSecYEGの１分子観察を行った。脂質組成の解析について、昨年度までは脂質抽出物を用いた場合でしかSecYEGの活性がみられていなかったが、脂質の脂肪酸の条件検討により合成脂質で再構成することに成功した。脂質抽出物はGiant Unilamellar Vesicle (GUV)の作成などに適さなかったため、今回得られた結果により、人工細胞システムや膜タンパク質の試験管内進化への幅広い応用が期待できる。また、昨年度に見出された糖脂質様の分子について、微量な分子なために解析が難しかったが、岩手大学西山研究室との共同研究先で引き続き解析を行って頂いている。 SecYEGの膜透過活性について、基質の分泌タンパク質であるpOmpAのアミノ酸長を短くした場合に、再構成系においても膜透過のターンオーバーが検出された。詳細な速度論の解析を行うため東京大学野地研究室との共同研究で１分子観察に取り組んだ。まず、無細胞系によるSecY、SecEの蛍光標識と人工脂質平面膜上への再構成の条件を確立し、全反射顕微鏡によって観察したところ、SecYやSecEのサブユニットが単独で存在する場合も、純粋な脂質膜上では安定的に拡散することが初めて明らかになった。また、膜透過反応を観察するためpOmpAを蛍光標識して１分子観察を行ったが、脂質膜への非特異的な結合が見られた。条件検討を行ったものの、顕微鏡上に再構成する平面膜の不安定性もあり膜透過反応を解析するには至らなかったが、精製と再構成の煩雑さから１分子観察系の例が少ない膜タンパク質について、無細胞翻訳系の有用性を示す結果を得た。

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担当経験のある科目(授業) 3

Biology A (DNA replication)　東北大学
分子ロボティクス基礎 (Molecular Biology, Synthetic Biology, Protein Design)　東北大学
Biology B (Cytoskeleton)　東北大学

社会貢献活動 2

Podcast "分子デザインはじめました"

2024年3月31日～継続中
研究者になるってどんな感じ？－世界を変える仕事への旅人－

企画展示「学際研究で蘇る東北の豪族達」併設展示「知の交差点：異分野との出会いから続く未来への道」

2024年5月26日～

学術貢献活動 6

日本生物物理学会サブグループ人工細胞モデル＆分子ロボティクス第６回研究会

2023年12月20日～

学術貢献活動種別: 学会・研究会等
植物細胞のロジックとケミカルAI

2023年11月14日～

学術貢献活動種別: 大会・シンポジウム等
Korea-Japan joint workshop of Bottom-up Synthetic Biology

2023年9月6日～

学術貢献活動種別: 大会・シンポジウム等
De novo タンパク質デザイン入門セミナー

2023年8月8日～

学術貢献活動種別: 学会・研究会等
日本生物物理学会サブグループ人工細胞モデル＆分子ロボティクス第５回研究会

2023年7月5日～

学術貢献活動種別: 学会・研究会等
ケミナス４７特別ポスター企画「Bottom-up Biology 分子から組織まで」

2023年5月14日～

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