鞭毛ダイニン複合体と微小管からなる運動ナノモジュールの構築と解析

• Project/Area Number: 19657050
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 広瀬 恵子 (廣瀬 恵子) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, セルエンジニアリング研究部門, 主任研究員 (90357872)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2009: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 分子モーター / 生物物理 / 生体運動 / 電子顕微鏡 / 画像解析 / 鞭毛 / ダイニン / 微小管 / 生体分子 / 生理物理

Research Abstract

ホヤ精子から抽出した外腕ダイニン分子の構造を用い、周期的に2本の微小管を架橋するような系の開発を行った。昨年度までの実験では、規則的な結合が得られる確率が非常に低かった。イオン強度や、微小管の重合法などの条件を検討したが、結局、抽出・精製したダイニンの濃度が高いときに、規則的な結合が得られやすいことがわかった。結合様式の詳細については、現在解析中である。
一方、ホヤのダイニンを用いた研究では、まだ困難な点が多いため、ドッキングコンプレックスは含まないが規則的な結合が得られていたウニのダイニンをもちいて、継続的な運動を行うことができる複合体の開発を始めた。通常のダイニン・微小管複合体は、ATPを加えると、微小管同士が滑り合い、離れてしまう。これを防ぐため、複合体を形成する微小管同士の架橋を試みた。架橋物質としては、一重鎖DNAを用いた。DNAの両端をビオチン化し、ビオチン化チューブリンを含む微小管に、アビジンと共に加えた。ガラス表面上での運動活性測定では、DNAでガラス表面に架橋された微小管が、ダイニンによっで運動し、DNAを引き延ばすことが観察された。次に、ダイニン・微小管複合体を同様な方法で架橋した。in vitro運動活性測定では、微小管同士が離れず、複合体がガラス表面上にとどまることが観察された。この複合体の運動については、さらに解析が必要である。

Research Products

• [Journal Article] Direct optical microscopic observation of the microtubule polymerization intermediate sheet structure in the presence of Gas. (2009)
  • Author(s): Uchida, T., Akiyama, H., Sakamoto, W., Koga, T., Yan, K., Uchida, C., Hirose, K., Itoh, T.J.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology 391 Pages: 849-857
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dominant negative mutant actins identified in flightless Drosophila can be classified into three classes. (2009)
  • Author(s): Noguchi, T.Q., et al.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 285 Pages: 4337-4347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ダイニン・微小管複合体の高分解能構造解析 (2009)
  • Author(s): 広瀬恵子、上野裕則
  • Journal Title: 顕微鏡 44 Pages: 93-97
  • NAID: 130007788907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynein pulls microtubules without rotating its stalk (2008)
  • Author(s): Ueno, H., et al.
  • Journal Title: Proceeding of National Academy of Science, USA 105 Pages: 19702-19707
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Unconventional model for dynein movement. (2010)
  • Author(s): 広瀬恵子
  • Organizer: 54th Annual Meeting of Biophysical Society(USA)
  • Place of Presentation: サンフランシスコ
  • Year and Date: 2010-02-24
• [Presentation] Structural studies of dynein bound to microtubule. (2009)
  • Author(s): 広瀬恵子
  • Organizer: 国際ワークショップ「ダイニン2009」
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2009-11-02
• [Presentation] Structural changes in dynein molecules accompanying force generation。 (2009)
  • Author(s): 上野裕則, 他
  • Organizer: 日生物物理学会第47回年会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein moleculed purified from Cionaintestinals. (2009)
  • Author(s): 原野純, 他
  • Organizer: 日本生物物理学会第47回年会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2009-10-29
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein molecules bound to microtubules. (2009)
  • Author(s): 上野裕則, 他
  • Organizer: 2009 Summer Bioengineering Conference
  • Place of Presentation: Lake Tahoe, U.S.A.
  • Year and Date: 2009-06-18
• [Presentation] Immuno-electron Microscopic Observation of Outer Arm Dynein Molecules Bound to Microtubules (2008)
  • Author(s): Harano, J., et al.
  • Organizer: 日本生物物理学会第46回年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-12-05
• [Presentation] What cryo-EM images tell us about the mechanism of dynein motility (2008)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: 日本生物物理学会第46回年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein molecules bound to microtubules (2008)
  • Author(s): Ueno, H., et al.
  • Organizer: 日本生物物理学会第46回年会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-12-03
• [Presentation] Structural Changes in Dynein Molecules Bound to Microtubules (2008)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: 2nd International Symposium on Bio-nanosystems
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-11-01
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein molecules bound to microtubules (2008)
  • Author(s): Ueno, H., et al.
  • Organizer: 2nd International Symposium on Bio-nanosystems
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-11-01
• [Presentation] Cryo-EM studies of Microtubule Motors (2008)
  • Author(s): Hirose, K.
  • Organizer: Gordon Research Conferences on Muscle & Molecular Motors
  • Place of Presentation: New London, NH, USA
  • Year and Date: 2008-06-29
• [Presentation] ダイニン微小管複合体の構造学的研究1 (2008)
  • Author(s): 上野裕則, 広瀬恵子
  • Organizer: 第3回ダイニン分子研究会
  • Place of Presentation: 下田
  • Year and Date: 2008-06-12
• [Presentation] ダイニン微小管複合体の構造学的研究2 (2008)
  • Author(s): 原野純, 広瀬恵子
  • Organizer: 第3回ダイニン分子研究会
  • Place of Presentation: 下田
  • Year and Date: 2008-06-12
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein molecules bound to microtubules (2007)
  • Author(s): 上野 裕則
  • Organizer: 日本生物物理学会第45回年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2007-12-22
• [Presentation] Structural analysis of outer arm dynein molecules bound to microtubules (2007)
  • Author(s): 上野 裕則
  • Organizer: The 56th Fujiwara Seminar
  • Place of Presentation: 苫小牧
  • Year and Date: 2007-08-23
• [Presentation] Cryo-EM studies of sea urchin outer-arm dynein bound to microtubules (2007)
  • Author(s): 上野 裕則
  • Organizer: Gordon Research Conference on Three dimensional Electron Mieroscopy
  • Place of Presentation: New London, USA
  • Year and Date: 2007-06-24