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なぜダイニンは片足が死んでいても、正常な二足歩行ができるのか?

Research Project

Project/Area Number 09J10824
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

島 知弘  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2010: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords分子モーター / 細胞骨格 / AAA+ タンパク質 / 蛍光観察 / 光ピンセット / 一分子計測 / 蛍光エネルギー移動 / 蛍光多色同時計測 / ゲーティング機構 / 二量体分子モーター / 一分子運動計測 / 分子内張力 / 組換え体作製 / 重鎖間相互作用
Research Abstract

これまで、細胞質ダイニンは二つの重鎖が交互に構造変化して力発生を行うことで、微小管上を二足歩行していると予想されてきた。ところが、これまでの私の研究により、一方の重鎖を構造変化及び力発生をしない「死んだ」重鎖に代えても、微小管上を一方向へと二足歩行することが明らかになった。昨年度までに、細胞質ダイニンの2つの重鎖に別々の蛍光色素または量子ドットを導入することで、2つの重鎖の動きを高時間・空間分解能で追跡するシステムが整った。本年度このシステムを利用することで、2つの重鎖が交互にステップするだけでなく、一方の重鎖が連続してステップする場合があること、野生型の重鎖が「死んだ」重鎖を物理的に微小管から引き剥がしていることが明らかとなった。それでは、細胞質ダイニンの動作に一方の重鎖の寄与は必要ないかというとそうではない。光ピンセットを用いた計測から、ダイニンが負荷に抵抗して力を発生させるためには、両方の重鎖が構造変化することが重要だということもわかった。また、重鎖の構造変化自体は6pN以上という強い力を出しうるが、少なくとも細胞性粘菌のダイニンでは、微小管との結合が大きな負荷に耐えられず、これが細胞質ダイニンの発生させる力を規定していることも示唆された。
これらの特性が、「片足が死んでも二足歩行可能」という細胞質ダイニンのユニークな性質を生み出している。真核細胞の細胞質では、微小管のプラス端方向への物質輸送に関わるキネシンは多くの種類が存在するのに対し、反対側への輸送を司る細胞質ダイニンは一種類だけである。そのため、細胞質ダイニンはさまざまな状況に応じて、その運動を調節できるものと考えられる。本研究は、これまでに得られた一つの重鎖の構造情報や反応キネティクスと、実際の二量体としての運動や力発生の仕組みとを結び、細胞質ダイニンの細胞内での調節機構研究の基盤となるものと評価できる。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2012 2011 2010 2009 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (13 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The 2.8 Å crystal structure of the dynein motor domain2012

    • Author(s)
      Kon T, Oyama T, Shimo-Kon R, Imamula K, Shima T, Sutoh K, Kurisu G
    • Journal Title

      Nature

      Volume: (印刷中) Issue: 7394 Pages: 345-350

    • DOI

      10.1038/nature10955

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural and Functional Modularity of Cytoplasmic Dynein2011

    • Author(s)
      島知弘, 須藤和夫, 昆隆英
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 51 Issue: 3 Pages: 118-123

    • DOI

      10.2142/biophys.51.118

    • NAID

      10029139922

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] C-sequence of the Dictyostelium cytoplasmic dynein participates in processivity modulation2011

    • Author(s)
      Numata N, Shima T, Ohkura R, Kon T, Sutoh K
    • Journal Title

      FEBS Letter

      Volume: 585 Issue: 8 Pages: 1185-1190

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2011.03.036

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] C-sequence of the Dictyostelium cytoplasmic dynein participates in processivity modulation2011

    • Author(s)
      N.Numata, T.Shima, R.Ohkura, T.Kon, K.Sutoh
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 585 Pages: 1185-1190

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biomolecular-Motor-Based Nano- or Microscale Particle Translocations on DNA Microarrays2009

    • Author(s)
      Satoshi Hiyama, Riho Gojo, Tomohiro Shima, Shoji Takeuchi, Kazuo Sutoh
    • Journal Title

      Nano Letters 9(6)

      Pages: 2407-2413

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Protein Engineering Approaches to Study the Dynein Mechanism using a Dictyostelium Expression System2009

    • Author(s)
      Takahide Kon, Tomohiro Shima, Kazuo Sutoh
    • Journal Title

      Methods in Cell Biology 92

      Pages: 65-82

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Coordination of two heads of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      Shima T, Ito K, Kon T, Ohkura R, Higuchi H, Sutoh K
    • Organizer
      The 9th International Conference on AAA Proteins
    • Place of Presentation
      熊本県熊本市
    • Year and Date
      2011-11-09
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between the power stroke and force generation of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      Shima T, Higuchi H, Sutoh K
    • Organizer
      The 6th Conference on flageller and dynein
    • Place of Presentation
      東京都文京区
    • Year and Date
      2011-10-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Relationship between the power stroke and force generation of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      Shima T, Higuchi H, Sutoh K
    • Organizer
      The 49th Annual meeting of the Biophysical Society of Japan
    • Place of Presentation
      兵庫県姫路市
    • Year and Date
      2011-09-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Towards understanding of the molecular mechanism of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      Shima T
    • Organizer
      1st Molecular Motor Symposium
    • Place of Presentation
      東京都文京区
    • Year and Date
      2011-06-22
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Walking mechanism of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      Shima T
    • Organizer
      Conferencia del Dep.De Fisica Aplicada iOptica
    • Place of Presentation
      スペイン、バルセロナ(招待講演)
    • Year and Date
      2011-04-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Two motor domains of cytoplasmic dynein directly interact each other2011

    • Author(s)
      T.Shima, K.Itoh, T.Kon, M.Kaya, H.Higuchi, K.Sutoh
    • Organizer
      55th Annual meeting of the Biophysical Society
    • Place of Presentation
      Baltimore convention center (米国、ボルチモア)
    • Year and Date
      2011-03-09
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] The mechanism for coordination between two heads of cytoplasmic dynein2011

    • Author(s)
      T.Shima
    • Organizer
      1st KoreaUniversity-The University of Tokyo Joint Workshop
    • Place of Presentation
      小柴ホール(東京都文京区)
    • Year and Date
      2011-02-23
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Two motor domains of cytoplasmic dynein directly interact each other2010

    • Author(s)
      T.Shima, T.Kon, M.Kaya, H.Higuchi, K.Sutoh
    • Organizer
      日本生物物理学会第48回年会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2010-09-20
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞質ダイニンが二足歩行を達成するための機構2010

    • Author(s)
      島知弘
    • Organizer
      第3回定量生物の会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都目黒区)
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Processive Movement by Mutant Cytoplasmic Dynein Heterodimers with an Inactive2009

    • Author(s)
      T.Shima, H.Higuchi, K.Sutoh
    • Organizer
      The American Society for Cell Biology, The 49th Annual Meeting
    • Place of Presentation
      San Diego Convention Center(CA, USA)
    • Year and Date
      2009-12-06
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Walking mechanism of Cytoplasmic dynein2009

    • Author(s)
      Tomohiro Shima
    • Organizer
      Lnternational Workshop Dynein 2009
    • Place of Presentation
      オービスホール(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2009-11-02
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Walking mechanism of cytoplasmic dynein2009

    • Author(s)
      T.Shima, R.Okura, M.Kaya, T.Kon, H.Higuchi, K.Sutoh
    • Organizer
      日本生物物理学会第47回年会
    • Place of Presentation
      アスティとくしま(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2009-10-31
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Processive movement of mutant cytoplasmic dynein heterodimers with an inactive he2009

    • Author(s)
      T.Shima, M.Kaya, T.Kon, R.Ohkura, H.Higuchi, K.Sutoh
    • Organizer
      International Workshop Dynein 2009
    • Place of Presentation
      オービスホール(兵庫県神戸市)
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Book] Handbook of Dynein2011

    • Author(s)
      T.Shima, K.Sutoh, T.Kon
    • Total Pages
      350
    • Publisher
      Pan Stanford Publishine(掲載確定、2011年10月発行予定)
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://nanobio.phys.s.u-tokyo.ac.jp/higuchipro/Japanese/jp_publications.html

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

URL: 

Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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