研究概要

オルガネラの機能解析アプローチとして、電子顕微鏡(電顕)による3D形態解析法が重要となります。そこで私たちは、走査電顕(SEM)による様々な3Dイメージング技法(オスミウム浸軟法、切片SEM法、連続切片SEM法、光顕・電顕相関観察法)を駆使し、空間的に複雑なゴルジ装置や様々な小器官の3D微細構造を明らかにしてきました。その研究過程で、下垂体前葉内分泌細胞に、ゴルジ装置近傍より伸長する一次線毛の存在を確認することができました。特に、私たちが注目している下垂体性腺刺激ホルモン産生細胞においては、ゴルジ装置が球体という特殊な形状を示すこと、さらに中心小体がその内部に位置するため、一次線毛を覆う細胞膜はゴルジ装置の内部まで陥入し、細胞深部より線毛を伸長させているという構築が明らかになりました。そこで、外界刺激のセンサーである一次線毛と、様々な機能応答の場であるゴルジ装置が示す空間的近接関係は、機能的に連携する特殊なオルガネラゾーンを形成しているのではないかと注目しています。本研究課題では、多様なイメージング技法や実験内分泌学的アプローチを駆使し、生体内における「一次線毛-ゴルジ連携ゾーン」の形態的特徴を詳細に解析し、その機能的意義の解明を目指します。

<オスミウム浸軟法によるオルガネラの3D観察像>
オスミウム浸軟法は、膜性小器官の3D構造を再構築することなく、ダイレクトに観察することができる魅力的な手法です。この手法により、オルガネラ間の形態的関係性を詳細に解析することが期待されます。
(左) ゴルジ装置の3D微細構造: トランスゴルジネットワーク (TGN; 赤), トランス槽 (橙), 中間槽 (黄, 緑, 紫, 青), シス最表層 (アクアブルー)。(右) 小胞体(紫)とミトコンドリア(アクアブルー)の3D微細構造。

<光顕・電顕相関観察法(CLEM法)の解析例>
LM像: マゼンタ(TGN38), 緑(GM130), 白(LH)。EM像: LM像と同視野電顕像。LM＋EM像: LM像と電顕像の重ね合わせ像。CLEM法を用いることで、蛍光標識した分子の局在を電顕レベルの分解能で解析することができます。

代表的な原著論文

1. Koga, D., Kusumi, S., Ushiki, T., and Watanabe, T. (2017) Integrative method for three-dimensional imaging of the entire Golgi apparatus by combining thiamine pyrophosphatase cytochemistry and array tomography using backscattered electron-mode scanning electron microscopy. Biomed. Res. 38, 285-296.
2. Koga, D., Bochimoto, H., Watanabe, T., and Ushiki, T. (2016) Backscattered electron image of osmium-impregnated/macerated tissues as a novel technique for identifying the cis-face of the Golgi apparatus by high-resolution scanning electron microscopy. J. Microscopy 263, 87-96.
3. Koga, D., Kusumi, S., Ushiki, T. (2016) Three-dimensional shape of the Golgi apparatus in different cell types: serial section scanning electron microscopy of the osmium-impregnated Golgi apparatus. Microscopy 65, 145-157.
4. Koga, D., Kusumi, S., Bochimoto, H., Watanabe, T., Ushiki, T. (2015) Correlative Light and Scanning Electron Microscopy for Observing the Three-Dimensional Ultrastructure of Membranous Cell Organelles in Relation to their Molecular Components. J. Histochem. Cytochem. 63, 968-979.
5. Koga, D., Kusumi, S., Shodo, R., Dan, Y., and Ushiki, T. (2015) High resolution imaging by scanning electron microscopy of semithin sections in correlation with light microscopy. Microscopy 64, 387-394.

総説

1. Koga, D., Kusumi, S., Watanabe, T. (2018) Backscattered electron imaging of resin-embedded sections. Microscopy 67, 196-206.
2. Koga, D., Ushiki, T., and Watanabe, T. (2017) Novel scanning electron microscopy methods for analyzing the 3D structure of the Golgi apparatus. Anat. Sci. Int. 92, 37-49.
3. 甲賀大輔, 久住聡, 牛木辰男 (2014) 連続切片SEM法とゴルジ装置の3D構造解析への応用. 顕微鏡 49, 171-175.
4. 甲賀大輔, 牛木辰男 (2008) 走査電子顕微鏡によるゴルジ装置の形態解析. 顕微鏡 43, 283-286.