PAPERS

以下に代表的な学術論文をいくつか挙げています。日本語で解説をつけていますので、興味のある方は読んでみてください。

1. Nakane D†*, Kabata Y†, Nishizaka T*
   Cell shape controls rheotaxis in small parasitic bacteria.
   PLOS Pathogens 18: e1010648. (2022)
   
   

   マイコプラズマという寄生性の小さな細菌が、走流性を示すことを見つけました。走流性とは、流れに応答して自身の運動方向を制御させる能力のことを指します。魚などは流れに逆らって泳ぐことが知られていますが、同様の能力を最小の生物であるマイコプラズマも持つようです。マイコプラズマはヒトを含む高等生物に寄生して生活していることが良く知られていますが、それらの実環境中にある水流の流れをうまく利用して、自身の目的地へと到達しているのだと考えられます。学習院大学所属時の学生 加畑くんがたくさん実験してくれました。感謝です。加畑くんは日本生物物理学会年会で、学生発表賞を受賞しています。この論文のプレスリリースはこちら。
   
   

2. Nakane D†*, Enomoto G†*, Bähre H, Hirose Y, Wilde A*, Nishizaka T
   Thermosynechococcus switches the direction of phototaxis by a c-di-GMP dependent process with high spatial resolution.
   eLife 11: e73405. (2022)
   
   

   サーモシネココッカスという好熱性の藍藻において、走光性の正と負の切り替えが c-di-GMP という分子によって制御されていることを示しました。光を受けると藍藻は短軸に沿った細胞極性を生み出し、IV型線毛を非対称に分布させて指向性のある運動を示します。45℃での観察は難しい部分もありましたが、フライブルグにいる榎本さんの変異株が完璧で、たった 7 nm ほどの細さのIV型線毛繊維の動態を可視化することができました。Annegret さんと共にドイツと日本で協力して、素敵な研究成果が得られました。この論文のプレスリリースはこちら。eLife Digest にも選ばれました。Twitter で榎本さんが解説してくれています。
   
   

3. Nakane D†*, Murata K†, Kenri T†, Shibayama K, Nishizaka T*
   Molecular ruler of the attachment organelle in Mycoplasma pneumoniae.
   PLOS Pathogens 17: e1009621. (2021)

   
   ヒト肺炎の病原細菌に「ものさし」として機能するタンパク質があることを見つけました。ものさし分子を人為的に改変して 短く/長く すると、接着器官という 300 nm ほどの超分子構造体を 短く/長く 変化させることが可能です。学習院大学所属時の学生 村田くんと感染研の見理さんがたくさん変異株をつくって実験をしてくれました。感謝です。村田くんは日本細菌学会総会や日本マイコプラズマ学会学術集会で優秀発表賞を受賞しています。この論文のプレスリリースはこちら。
   
   

4. Nakane D*, Odaka S, Suzuki K, Nishizaka T*
   Large-scale vortices with dynamic rotation emerged from monolayer collective motion of gliding Flavobacteria
   Journal of Bacteriology 203: e00073-21. (2021)
   
   フラボバクテリウムという細菌が集団になると巨大な渦模様をつくることを見つけました。その渦は、なぜか必ず反時計回りに回転します。土壌にいる細菌ですので、ふと土のなかを覗いてみると、私たちの知らない間にぐるぐると回っているのかもしれませんね。学習院大学所属時の学生 小高さんが主に頑張って実験をしてくれました。Movieなどはこちらをご覧ください。プレスリリースはこちら。
   
   
5. Cohen EJ†, Nakane D†, Kabata Y, Hendrixson DR, Nishizaka T, Beeby M*
   Campylobacter jejuni motility integrates specialized cell shape, flagellar filament, and motor, to coordinate action of its opposed flagella.
   PLOS Pathogens 16: e1008620. (2020)
   
   カンピロバクターという病原細菌のユニークな遊泳様式を明らかにしました。2本あるべん毛のうち、片方を体に巻き付けて、ドリルのように進みます。MorganとEli との共同研究。Eliがつくった変異株がバッチリで、べん毛が綺麗に標識されています。Eli はしばらく日本に滞在してくれて、毎日のようにビールを飲みながら研究のことを話していました。良い思い出です。コロナの前のことですので、随分昔のことのように思えます。プレスリリースはこちら。
   
   
6. Nakane D†*, Ito T†, and Nishizaka T*
   Co-existence of two chiral helices produces kink translation in Spiroplasma swimming.
   Journal of Bacteriology 202: e00735-19. (2020)
   
   スピロプラズマという「らせん」細菌は、べん毛がないのに自由に動くことができます。バクテリアの中で、べん毛を使わずに遊泳できるのは、スピロプラズマとシネココッカスのみ。体をねじって、2つのらせんをつくることで、上手に推進力を出すのですが、その伝搬は受動的であることを示しました。学習院大学所属時の学生 伊藤くんが頑張って実験してくれました。この学術誌の表紙にも採択されました。
   
   
7. Iwata S, Kinosita Y, Uchida N, Nakane D*, Nishizaka T*
   Motor torque measurement of Halobacterium salinarum archaellar suggests a general model for ATP-driven rotary motors
   Communications Biology 2: 199. (2019)
   
   ハロバクテリアというアーキア（古細菌）が持つべん毛モーターのトルクを計測しました。実は、アーキアとバクテリアはどちらも「べん毛」という運動装置を持っていますが、全く異なる分子から構成されており進化的起源が異なります。アーキアのべん毛にはまだまだわからないことがたくさんあります。この研究は、学習院所属時の学生 岩田くんが頑張って実験してくれました。そういえば岩田くんは競馬が好きでした。電通大から府中の競馬場は近いですね。プレスリリースはこちら。
   
   
8. Nakane D, and Nishizaka T*
   Asymmetric distribution of type IV pili triggered by directional light in unicellular cyanobacteria
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114: 6593-98. (2017)
   
   シアノバクテリアが「糸」を使ってスパイダーマンのように動く仕組みを明らかにしました。IV型線毛という細い繊維構造は根元のモーターで伸びたり縮んだりすることができます。しかも、この伸縮を上手に制御して、光に向かって動いたり、逆に、強い光からは逃げるような動きを示します。この仕組みについても言及しています。シアノバクテリアが光の向きを認識する仕組みについては、一歩先にNilsとAnnegretさんたちが報告しました。けれど、その論文も面白いです。 シアノバクテリアの変異株は東工大の増田さんからいただきました。ありがとうございます。この論文は、私と西坂さんだけしか名前がありません。学習院大学 西坂研にうつってから4年経って、しっかりとした成果がでました。とても嬉しかったのを覚えています。プレスリリースはこちら。
   
   
9. Nakane D†, Kenri T†, Matsuo L and Miyata M*
   Systematic structural analyses of attachment organelle in Mycoplasma pneumoniae
   PLOS Pathogens 11: e1005299. (2015)
   
   ヒト肺炎の病原菌の運動装置がどのようなタンパク質から構成され、ナノレベルで配置しているのか、詳しく調べました。マイコプラズマは泳ぐことはできません。代わりに、宿主やガラスの表面にはりついて動くことができます。これを滑走運動といいます。滑走運動はマイコプラズマの病原性発揮にも重要であると考えられています。何十種類もの変異株を解析しましたが、それらはすべて国立感染症研究所の見理さんがつくってくれました。そういえば、感染研のある武蔵村山も近いですね。見理さん、遊びに来てください。
   
   
10. Kinosita Y†, Nakane D†, Sugawa M, Masaike T, Mizutani K, Miyata M*, Nishizaka T*
    Unitary step of gliding machinery in Mycoplasma mobile
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111: 8601-06. (2014)
    
    最小の生物、マイコプラズマが一定距離の推進と停止を繰り返すことで進むことを明らかにしました。その距離はたった 70 nm （ナノメートル）ほどです。最小生物にしては随分と大きな歩幅をもっています。きっと「あし」のようなものを持って動いているのだと思われます。詳しいことは私の出身研究室である大阪市立大学の宮田先生のサイトをみてください。この研究は私が大学院生のときに始めたものですが、学習院大学所属時の学生 木下くんが「ゴースト」という実験系を使って、大きく発展してくれました。彼は育志賞も受賞しました。
    
    
11. Nakane D, Sato K, Wada H, McBride MJ* and Nakayama K*
    Helical flow of surface protein required for bacterial gliding motility
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110: 11145-11150. (2013)
    
    フラボバクテリウムという細菌の動く仕組みを明らかにしました。なんと、自身の表面タンパク質を膜表面でぐるぐると高速で流れるように動かすことで表面を這うように推進しているようです。戦車のキャタピラを彷彿とさせます。これは長崎大学でポスドクをしていたときの仕事です。そのときのボスの中山先生と研究室のみなさんには随分とお世話になりました。変異株や抗体などのリソースは Mark からもらいました。ありがとうございます。彼のラボに2か月くらい滞在したときに、この論文のきっかけとなる成果を得ました。夜に実験したときにうまくいったのですが、あの瞬間は忘れられません。
    
    
12. Nakane D and Miyata M*
    Cytoskeletal "jellyfish" structure of Mycoplasma mobile
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104: 19518-19523. (2007)
    
    マイコプラズマが「くらげ」のような形の細胞骨格を持っていることを明らかにしました。その形だけでなく、その構成タンパク質もユニークです。ATP合成酵素の F1 とよく似たタンパク質からできています。大阪市立大学の宮田研で大学院生をしていたときの論文です。ドキドキしながら海外で口頭発表したのを覚えています。大学院生のときに面白い成果を得ることができたことはとても幸運でした。自分自身が研究者になったのはこのような経験があったからだと思います。自分の研究室ができたので、新しく配属される学生さんにもこのような経験ができるよう、素敵な研究環境を整えたいと思います。

Original papers

1. Fukushima M, Toyonaga T, Tahara YO, Nakane D, Miyata M
   Internal structure of Mycoplasma mobile gliding machinery analyzed by negative staining electron tomography
   bioRxiv
   
   

2. Cohen EJ, Drobnič T, Ribardo DA, Yoshioka A, Umrekar T, Guo X, Fernandez J, Brock E, Wilson L, Nakane D, Hendrixson DR, Beeby M
   Evolution of a large periplasmic disk in Campylobacterota flagella facilitated efficient motility alongside autoagglutination
   bioRxiv
   
   

3. Kato S*, Tahara Y, Nishimura Y, Uematsu K, Arai T, Nakane D, Ihara A, Nishizaka T, Iwasaki W, Itoh T, Makoto M, Ohkuma M
   Cell surface architecture of the cultivated DPANN archaeon Nanobdella aerobiophila.
   Journal of Bacteriology 206:e00351-23. (2024)
   
   

4. Shibata S, Tahara YO, Katayama E, Kawamoto A, Kato T, Zhu Y, Nakane D, Namba K, Miyata M, McBride MJ, Nakayama K
   Filamentous structures in the cell envelope associated with Bacteroidetes gliding machinery.
   Communications Biology 5: 94. (2023)  
   
   

5. Hiramatsu Y, Nishida T, Nugraha DK, Osada-Oka M, Nakane D, Imada K, Horiguchi Y.
   Interference of flagellar rotation up-regulates the expression of small RNA contributing to Bordetella pertussis infection
   Science Advances 8: eade8971. (2022)
   
   

6. Makino T, Nakane D, Tanaka M*
   Self-assembled micro-sized hexagons built from short DNA in a crowded environment
   ChemBioChem  23:e202200360. (2022)
   
   

7. Nakane D†*, Kabata Y†, Nishizaka T*
   Cell shape controls rheotaxis in small parasitic bacteria.
   PLOS Pathogens 18: e1010648. (2022)
   
   

8. Nakane D†*, Enomoto G†*, Bähre H, Hirose Y, Wilde A*, Nishizaka T
   Thermosynechococcus switches the direction of phototaxis by a c-di-GMP dependent process with high spatial resolution.
   eLife 11: e73405. (2022)
   
   

9. Nakane D†*, Murata K†, Kenri T†, Shibayama K, Nishizaka T*
   Molecular ruler of the attachment organelle in Mycoplasma pneumoniae.
   PLOS Pathogens 17: e1009621. (2021)
   
   

10. Nakane D*, Odaka S, Suzuki S, Nishizaka T*
    Large-scale vortices with dynamic rotation emerged from monolayer collective motion of gliding Flavobacteria.  
    Journal of Bacteriology 203: e00073-21. (2021)
    
    

11. Cohen EJ†, Nakane D†, Kabata Y, Hendrixson DR, Nishizaka T, Beeby M*
    Campylobacter jejuni motility integrates specialized cell shape, flagellar filament, and motor, to coordinate action of its opposed flagella.  
    PLOS Pathogens 16: 1008620. (2020)
    
    

12. Nakane D†*, Ito T†, and Nishizaka T*
    Co-existence of two chiral helices produces kink translation in Spiroplasma swimming.  
    Journal of Bacteriology 202: e00735-19. (2020)
    
    

13. Nishikawa MS†, Nakane D†, Toyonaga T, Kawamoto A, Kato T, Namba K, Miyata M*
    Refined mechanism of Mycoplasma mobile gliding based on structure, ATPase activity, and sialic acid binding of machinery.  
    mBio 10: e02846-19. (2019)
    
    

14. Iwata S, Kinosita Y, Uchida N, Nakane D*, Nishizaka T*
    Motor torque measurement of Halobacterium salinarum archaellar suggests a general model for ATP-driven rotary motors.  
    Communications Biology 2: 199. (2019)
    
    

15. Kimura T, Tezuka T*, Nakane D, Nishizaka T, Aizawa SI, and Ohnishi Y* 
    Characterization of zoospore type IV pili in Actinoplanes missouriensis.  
    Journal of Bacteriology 201: e00746-18 (2019)
    
    

16. Naito T, Masaike T*, Nakane D, Sugawa M, Okada K, Nishizaka T*
    Single-molecule pull-out manipulation of the shaft of the rotary motor F1-ATPase.  
    Scientific Reports 9: 7451. (2019)
    
    

17. Katoh TA, Ikegami K, Uchida N, Iwase T, Nakane D, Masaike T, Setou M, Nishizaka T*
    Three-dimensional tracking of microbeads attached to the tip of single isolated tracheal cilia beating under external load
    Scientific Reports 8: 15562. (2018)
    
    

18. Sato K*, Kakuda S, Yukitake H, Kondo Y, Shoji M, Takebe K, Narita Y, Naito M, Nakane D, Abiko Y, Hiratsuka K, Suzuki M, Nakayama K
    Immunoglobulin-like domains of the cargo proteins are essential for protein stability during secretion by the type IX secretion system
    Molecular Microbiology 110: 64-81. (2018)
    
    

19. Imamura K, Sato K, Narita Y, Kondo Y, Nakane D, Naito M, Fujiwara T, Nakayama K*
    Identification of a major glucose transporter in Flavobacterium johnsoniae: Inhibition of F. johnsoniae colony spreading by glucose uptake
    Microbiology and Immunology 62: 507-516. (2018)
    
    

20. Kinosita Y*, Kikuchi Y*, Mikami N, Nakane D, and Nishizaka T
    Unforeseen swimming and gliding mode of an insect gut symbiont, Burkholderia sp. RPE64, with wrapping of the flagella around its cell body
    ISME J. 12: 838-848. (2018) 
    
    

21. Nakane D, and Nishizaka T*.  
    Asymmetric distribution of type IV pili triggered by directional light in unicellular cyanobacteria.  
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114: 6593-98. (2017)
    
    

22. Liu P, Zheng H, Meng Q, Terahara N, Gu W, Wang S, Zhao G, Nakane D, Wang W, Miyata M*
    Chemotaxis without conventional two-component system, based on cell polarity and aerobic conditions in helicity-switching swimming of Spiroplasma eriocheiris
    Frontiers in Microbiology 8: 58. (2017) 
    
    

23. Kinosita Y, Uchida N*, Nakane D and Nishizaka T*
    Direct observation of rotation and steps of the archaellum of swimming halophilic archaea
    Nature Microbiology 1: 16148. (2016)
    
    

24. Tanaka A, Nakane D, Mizutani M, Nishizaka T and Miyata M*
    Directed binding of gliding bacterium, Mycoplasma mobile, shown by detachment force and bond lifetime
    mBio 7: e00455-16. (2016)
    
    

25. Nakane D†, Kenri T†, Matsuo L and Miyata M*.  
    Systematic structural analyses of attachment organelle in Mycoplasma pneumoniae.  
    PLOS Pathogens 11: e1005299. (2015) 
    
    

26. Kurushima J, Nakane D, Nishizaka T and Tomita H*
    Bacteriocin protein BacL1 of Enterococcus faecalis targets cell division loci and specifically recognizes L-Ala2-crossbridged peptidoglycan
    Journal of Bacteriology 197: 286-95. (2015) 
    
    

27. Kinosita Y†, Nakane D†, Sugawa M, Masaike T, Mizutani K, Miyata M*, Nishizaka T*
    Unitary step of gliding machinery in Mycoplasma mobile.  
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111: 8601-06. (2014)
    
    

28. Narita Y, Sato K, Yukitake H, Shoji M, Nakane D, Nagano K, Yoshimura F, Naito M, Nakayama K*
    Lack of a surface layer in Tannerella forsythia mutants deficient in the type IX secretion system
    Microbiology 160: 2295-303. (2014) 
    
    

29. Wada H*, Nakane D and Chen HY
    Physical basis for the emergence of motility driven by cell-surface flow
    Physical Review Letters 111: 248102. (2013)
    
    

30. Nakane D, Sato K, Wada H, McBride MJ* and Nakayama K*.
    Helical flow of surface protein required for bacterial gliding motility
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110: 11145-11150. (2013)
    
    

31. Kasai T, Nakane D, Ishida H, Ando H, Kiso M and Miyata M*
    Binding in Mycoplasma mobile and Mycoplasma pneumoniae gliding analyzed through inhibition by synthesized sialylated compounds
    Journal of Bacteriology 195: 429-435. (2013)  
    
    

32. Taniguchi T, Miyauchi K, Nakane D, Miyata M, Muto A, Nishimura S and Suzuki T*
    Decoding system for the AUA codon by tRNAIle with the UAU anticodo n in Mycoplasma mobile
    Nucleic Acids Research 41: 2621-2631. (2013)
    
    

33. Shrivastava A, Rhodes RG, Pochiraju S, Nakane D and McBride MJ*
    Flavobacterium johnsoniae RemA is a mobile cell-surface lectin involved in gliding
    Journal of Bacteriology 194: 3678-3688. (2012)

    
    

34. Nakane D and Miyata M*
    Mycoplasma mobile cells elongated by detergent and their pivoting movements in gliding
    Journal of Bacteriology 194: 122-130. (2012)
    
    

35. Wu HN, Kawaguchi C, Nakane D and Miyata M*
    "Mycoplasmal antigen modulation," a novel surface variation suggested for a lipoprotein specifically localized on Mycoplasma mobile
    Current Microbiolgy 64: 433-440. (2012)
    
    

36. Sato C*, Manaka S, Nakane D, Nishiyama H, Suga M, Nishizaka T, Miyata M, Maruyama Y
    Rapid imaging of mycoplasma in solution using atmospheric scanning electron microscopy
    Biochemical and Biophysical Research Communications 417: 1213-1218. (2012)
    
    

37. Nakane D, Adan-Kubo J, Kenri T, Miyata M*
    Isolation and characterization of P1 adhesin, a leg protein of the gliding bacterium Mycoplasma pneumoniae
    Journal of Bacteriology 193: 715-722. (2011)
     

38. Nakane D and Miyata M*
    Cytoskeletal asymmetrical-dumbbell structure of a gliding mycoplasma, Mycoplasma gallisepticum, revealed by negative-staining electron microscopy
    Journal of Bacteriology 191: 3256-3264. (2009)
    
    

39. Uenoyama A, Seto S, Nakane D and Miyata M*
    Regions on Gli349 and Gli521 protein molecules directly involved in movements of Mycoplasma mobile gliding machinery suggested by inhibitory antibodies and mutants
    Journal of Bacteriology 191: 1982-1985. (2009)
    
    

40. Nakane D and Miyata M* 
    Cytoskeletal "jellyfish" structure of Mycoplasma mobile
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104: 19518-19523. (2007)
    
    

Reviews

1. Minamino T, Nakane D, Nakamura S, Kiyama H, Morimoto YV, Miyata M.
   Frontiers of microbial movement research
   Biophysics and Physicobiology, 20: e200033. (2023)
   
   
2. Nakane D*
   Rheotaxis in Mycoplasma gliding
   Microbiology and Immunology, 67: 389-395. (2023)
   
   
3. Nakane D*.
   Live cell imaging of the twitching motility of cyanobacteria by high-resolution microscopy.
   Methods in Molecular Biology [Bacterial and Archaeal Motility], Chapter 20: 255-263. (2023)
   
   

4. Shibata S*, and Nakane D.
   Isolation and visualization of gliding motility machinery in Bacteroidota.
   Methods in Molecular Biology [Bacterial and Archaeal Motility], Chapter 21: 267-276. (2023)
   
   

5. Nakane D*, and Shibata S.
   Live cell imaging of gliding motility of Bacteroidetes under high-resolution microscopy.
   Methods in Molecular Biology [Bacterial and Archaeal Motility], Chapter 22: 277-286. (2023)
   
   

6. Nakane D*.
   Swimming motility assays of Spiroplasma.
   Methods in Molecular Biology [Bacterial and Archaeal Motility], Chapter 31: 373-381. (2023)
   
   

7. Trivedi A, Gosai J, Nakane D, Shrivastava A.
   Design principles of the rotary type 9 secretion system. 
   Frontiers in Microbiology, 13: 845563. (2022)
   
   

8. 西坂崇之, 加藤孝信, 中根大介
   精密3次元位置検出が拓く多様な分子モーター研究への新しいアプローチ
   生物物理 31, 10-16. (2021)
   
   

9. 中根大介*, 西坂崇之
   動きの可視化から紐解くバクテリアの新しい世界
   日本乳酸菌学会誌 31: 10-16. (2020)
   
   

10. Miyata M*, Robinson RC*, Uyeda TQP*, Fukumori Y, Fukushima SI, Haruta S, Homma M, Inaba K, Ito M, Kaito C, Kato K, Kenri T, Kinosita Y, Kojima S, Minamino T, Mori H, Nakamura S, Nakane D, Nakayama K, Nishiyama M, Shibata S, Shimabukuro K, Tamakoshi M, Taoka A, Tashiro Y, Tulum I, Wada H, Wakabayashi KI.
    Tree of motility - A proposed history of motility systems in the tree of life
    Genes to Cells 25: 6-21. (2020)
    
    

11. Nishizaka T*, Masaike T, and Nakane D
    Insights into the mechanism of ATP-driven rotary motors from direct torque measurement
    Biophysical Reviews 11: 653-657. (2019)
    
    

12. Tezuka T, Nakane D, Kimura T, Ohnishi Y
    Preparation of Actinoplanes missouriensis zoospores and assay for their adherence to solid surfaces
    Bio-protocol 9: e3458. (2019)

    
    

13. 中根大介*, 西坂崇之
    光に応答したバクテリアIV型線毛の動的制御
    生物物理 58: 207-208. (2018)
    
    

14. 中根大介*, 西坂崇之
    シアノバクテリアの運動
    生物工学会誌 96: 244-247. (2018)
    
    

15. McBride MJ* and Nakane D
    Flavobacterium gliding motility and the type IX secretion system
    Current Opinion in Microbiology 28: 72-77. (2015)
    
    

16. 中根大介*
    細菌の滑走運動メカニズムに関する研究
    日本細菌学雑誌 70: 375-82. (2015)
    
    

17. 中根大介*, 中山浩次, 西坂崇之
    バクテリア滑走運動の新しいメカニズム ~戦車のような仕組みで動くバクテリア~
    生物と化学 53: 215-216. (2015)
    
    

18. 中根大介*, 中山浩次, 西坂崇之
    戦車のような仕組みで動くバクテリア
    生物物理 54: 269-270. (2014)
    
    

19. 宮田真人*, 中根大介
    病原細菌, マイコプラズマのユニークな滑走運動を支える細胞骨格
    生物の科学 遺伝 64: 47-51. (2010)
    
    

20. 宮田真人*, 中根大介
    Mycoplasma pneumoniae の滑走運動
    生体の科学 60: 98-102. (2009)