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Dynamic instability of microtubules investigated by microchambers

Research Project

Project/Area Number 16K04909
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Nanobioscience
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

Masaike Tomoko  東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 准教授 (60406882)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords微小管 / 動的不安定性 / マイクロチャンバー / 重合・脱重合 / 伸長・短縮 / チューブリン / 構造可塑性 / マイクロチャンバーアレイ / 構造可塑性モデル / 格子欠陥 / 重合 / 脱重合 / 極小体積 / ナノバイオ / マイクロ・ナノデバイス / リン酸結合タンパク / 微小管の動的不安定性 / 1分子計測(SMD)
Outline of Final Research Achievements

The aim of the present study is to elucidate the mechanism of dynamic instability of microtubules through investigation of their behaviors inside femtoliter chambers. Tubulins were encapsulated in the arrays of cylindrical microchambers patterned on PDMS devices, and polymerization and depolymerization reactions were observed under the optical microscope. The rate of polymerization in this confined space was apparently higher than that in the space that is 1000 times larger in volume. After reaching to the barrier of PDMS walls, flexible microtubules grew in curved shape along the wall supposedly incorporating lattice defects in the structure. In this phase, the rate of polymerization decreased depending on the curvature of the microtubule. These results seem to be consistent with conformational plasticity model of microtubules.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内には、球状のタンパク質が連なってできたポリマーである微小管が存在する。微小管は伸長と短縮を繰り返す動的不安定性と呼ばれる性質を有するが、その調節メカニズムは未だ不明である。そこで本研究では細胞を模倣した極小体積の溶液中における微小管のふるまいを調べた。一般に人工合成ポリマーは安定性が高く短縮が起こりにくいが、微小管の短縮開始のメカニズムが解明されれば、安定性と不安定性を併せ持つ新規ポリマー材料の開発に道が拓ける可能性がある。また細胞内微小管の重合制御に関連する疾病の解明につながり、将来医療や創薬に貢献できる可能性がある。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Single-molecule pull-out manipulation of the shaft of the rotary motor F1-ATPase2019

    • Author(s)
      Naito, T. M., Masaike, T., Nakane, D., Sugawa M., Okada K. A., Nishizaka T.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9

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  • [Journal Article] Insights into the mechanism of ATP-driven rotary motors from direct torque measurement2019

    • Author(s)
      Nishizaka, T., Masaike, T., Nakane, D.
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: 11 Issue: 4 Pages: 653-657

    • DOI

      10.1007/s12551-019-00564-9

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  • [Journal Article] Three-dimensional tracking of microbeads attached to the tip of single isolated tracheal cilia beating under external load2018

    • Author(s)
      Katoh Takanobu A.、Ikegami Koji、Uchida Nariya、Iwase Toshihito、Nakane Daisuke、Masaike Tomoko、Setou Mitsutoshi、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 15562-15562

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33846-5

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  • [Journal Article] Circular orientation fluorescence emitter imaging (COFEI) of rotational motion of motor proteins2018

    • Author(s)
      Mitsuhiro Sugawa, Tomoko Masaike, Nagisa Mikami, Shin Yamaguchi, Keitaro Shibata, Kei Saito, Fumihiko Fujii, Yoko Y Toyoshima, Takayuki Nishizaka, Junichiro Yajima.
    • Journal Title

      Biochemical and biophysical research communications

      Volume: 504 Issue: 4 Pages: 709-714

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.08.178

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      政池知子
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      科学フォーラム

      Volume: 34 Pages: 30-35

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  • [Journal Article] F1-ATPase conformational cycle from simultaneous single-molecule FRET and rotation measurements2016

    • Author(s)
      Sugawa, M. Okazaki, K. I. Kobayashi, M. Matsui, T. Hummer, G. Masaike, T. Nishizaka, T.
    • Journal Title

      Proc Natl Acad Sci USA

      Volume: 0 Issue: 21 Pages: 0-0

    • DOI

      10.1073/pnas.1524720113

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    • Author(s)
      Watanabe, R., Soga, N., Hara, M., & Noji, H
    • Journal Title

      Lab on a Chip

      Volume: NA Issue: 16 Pages: 3043-3048

    • DOI

      10.1039/c6lc00155f

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  • [Journal Article] 1分子生理学による生体機動分子FoF1-ATP合成酵素の回転駆動機構の解明2016

    • Author(s)
      政池知子
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 67 Pages: 27-32

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      河野桂樹, 末柄祐明, 椎名真之, 岩瀬寿仁, 田中信清, 池上浩司, 政池知子
    • Organizer
      繊毛研究会
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      加藤孝信, 池上浩司, 内田就也, 岩瀬寿仁, 中根大介, 政池知子, 瀬藤光利, 西坂崇之
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      生体運動研究合同班会議2019
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  • [Presentation] A novel single-molecule polarized FRET method for the detection of sequential conformational changes in α and β subunits of F1- ATPase2018

    • Author(s)
      Ryuichi Yokota, Mitsuhiro Sugawa, Junichiro Yajima, Tomoko Masaike
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      the 2018 meeting on SINGLE BIOMOLECULES
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  • [Presentation] F1-ATPaseの構造変化にαとβのP-loop配列の違いが及ぼす影響 Impact of the sequence difference of P-loop on the conformational changes of F1-ATPase2018

    • Author(s)
      古賀理恵, 上野博史, 政池知子, 野地博行, 古賀信康
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      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] リン酸結合蛋白を封入した水滴チャンバーアレイによるリン酸検出系の高度化2018

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      熊山あかね, 稲毛太亮, 樋口真之, 上野博史, 田端和仁, 野地博行, 政池知子
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      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Rotation of the engineered F1-ATPase with non-catalytic α-type P-loops2018

    • Author(s)
      上野博史, 古賀理恵, 古賀信康, 政池知子, 野地博行
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] ヒンジ領域を非触媒型に置換した触媒サブユニットをもつF1-ATPaseの回転トルクと反応速度2018

    • Author(s)
      佐藤友保, 上野博史, 林久美子, 古賀理恵, 古賀信康, 野地博行, 政池知子
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] 1分子偏光FRET法により検出したF1-ATPase α-β間の逐次的な構造変化2018

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      横田龍一, 須河光弘, 矢島潤一郎, 政池知子
    • Organizer
      第56回 日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Three-dimensional tracking of microbeads attached to the tip of single isolated tracheal cilia beating under external load2018

    • Author(s)
      Takanobu Katoh, Koji Ikegami, Nariya Uchida, Toshihito Iwase, Daisuke Nakane, Tomoko Masaike, Mitsutoshi Setou, Takayuki Nishiza
    • Organizer
      Cilia2018(EMBO)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imaging movements and reactions of biomolecules2017

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      Tomoko Masaike
    • Organizer
      5th International Symposium on Bioimaging / Joint Symposium on Bioimaging between Singapore and Japan
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 回転分子モーターF1-ATPaseの構造変化メカニズムの解明に向けて2017

    • Author(s)
      古賀 理恵、上野 博史、政池 知子、野地 博行、古賀 信康
    • Organizer
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  • [Presentation] ドロップレットアレイに封入したリン酸結合タンパクによる1分子からの無機リン酸の実時間検出2017

    • Author(s)
      熊山 あかね、 稲毛 太亮、 樋口 真之、 田端 和仁、 野地 博行、 政池 知子
    • Organizer
      International Symposium on Imaging Frontier 2017
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リン酸結合蛋白を用いた、リン酸放出活性の1分子測定2017

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      政池 知子、 稲毛 太亮、 熊山 あかね、 樋口 真之
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      第7回分子モーター討論会
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  • [Presentation] 第55回日本生物物理学会年会2017

    • Author(s)
      上野 博史、古賀 理恵、 政池 知子、 古賀 信康、 野地 博行
    • Organizer
      Rotation of the engineered F1-ATPase with alpha-type P-loop on catalytic beta subunit
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  • [Presentation] F1-ATPaseのシリンダー部分の1分子立体構造変化観察2017

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      横田 龍一、 須河 光弘、 野村 勇太、 矢島 潤一郎、 政池 知子
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] Loss of asymmetric features in ciliary beating of trachea revealed by polyglutamylation-deficient mice2017

    • Author(s)
      椎名 真之、 末柄 祐明、 岩瀬 寿仁、 菅野 悠、 加藤 孝信、 瀬藤 光利、 西坂 崇之、 池上 浩司、 政池 知子
    • Organizer
      Dynein 2017, the Fourth International Workshop on Dynein
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Conformational mapping of the catalytic subunit of F1-ATPase2016

    • Author(s)
      Ryuichi Yokota, Ryota Yanagida, Yuta Nomura, Tomoko Masaike
    • Organizer
      European Bioenergetics Conference 2016
    • Place of Presentation
      Riva del Garda (イタリア)
    • Year and Date
      2016-07-02
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  • [Presentation] F1-ATPaseの中心軸回転を駆動する触媒サブユニットの1分子構造変化観察2016

    • Author(s)
      横田龍一、栁田亮太、野村勇太、三上渚、中山莉奈子、西坂崇之、政池知子
    • Organizer
      第54回 日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
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  • [Presentation] リン酸結合蛋白を封入したフェムトリットル体積のドロップレットアレイによる無機リン酸検出2016

    • Author(s)
      樋口真之、田端和仁、野地博行、政池知子
    • Organizer
      第54回 日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
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  • [Presentation] F1-ATPaseの回転駆動機構解明を目指した回転と構造変化の同時観察2016

    • Author(s)
      栁田亮太、横田龍一、野村勇太、三上渚、中山莉奈子、西坂崇之、政池知子
    • Organizer
      イメージングフロンティアセンターシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京理科大学野田キャンパス (千葉県野田市)
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  • [Presentation] モーター蛋白質1分子とオルガネラ1個のしくみのイメージング2016

    • Author(s)
      政池知子
    • Organizer
      イメージングフロンティアセンターシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京理科大学野田キャンパス (千葉県野田市)
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  • [Presentation] ドロップレットチャンバーアレイを用いてリン酸結合蛋白で検出する、1分子F1-ATPaseからのリン酸解離2016

    • Author(s)
      樋口真之、田端和仁、野地博行、政池知子
    • Organizer
      イメージングフロンティアセンターシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京理科大学野田キャンパス (千葉県野田市)
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  • [Presentation] 『1個』を対象とするバイオイメージングがもたらすメカニズムの理解2016

    • Author(s)
      政池知子
    • Organizer
      日本医科大学・東京理科大学 第3回合同シンポジウム
    • Place of Presentation
      日本医科大学 (東京都文京区)
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    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光検出方法及び蛍光検出装置2017

    • Inventor(s)
      梅村和夫、政池知子、佐藤玄実、横田龍一
    • Industrial Property Rights Holder
      東京理科大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-044186
    • Filing Date
      2017-03-08
    • Related Report
      2016 Research-status Report

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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