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Eluciation of the mechanism in motor switching through the chmotactic signals

Research Project

Project/Area Number 21K15062
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

Kinosita Yoshiaki  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (30879846)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsアーキア / アーキアべん毛 / 回転 / 反転 / ゴースト / 化学走性物質 / 回転運動 / 細胞内への摂動 / 反転運動 / 回転制御機構 / 方向転換 / CheY / 精製タンパク質 / べん毛 / 化学走性 / ボトムアップ
Outline of Research at the Start

本研究の目的は化学走性物質によるアーキアべん毛回転制御機構を解明することである。本研究の特徴はアーキアゴーストという界面活性剤処理による透過性の残留構造を用いることである。これにより細胞内部に摂動を付与することが可能であり、化学走性物質添加によるアーキアべん毛の回転方向の変化をリアルタイムで記録できる。すなわち、これまで主流であった生細胞・変異株を組み合わせたトップダウン型アプローチではなく、精製タンパク質を用いたボトムアップ型アプローチにより回転機構を議論することが期待できる。

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to establish a platform for an appropriate functional analysis system to elucidate the mechanism of motor switchihng in the archaellum, including the identification of partners related to motor switching and visualization of the reversal motion when chemotactic proteins are applied into a cell as a perturbation.
The main results of this study are (i)the switching of counterclockwise to clockwise rotation were detected in chemotactic mutants, (ii) identification and experimental demonstration of proteins involved in directional control predicted by Alphafold, and (iii) direct application of chemotactic proteins into the inside of the cell, and the real-time visualization of the counterclockwise-to-clockwise switching was detected.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

微生物の運動は、『宿主体内への侵入 (感染症) 』や『宿主生理機能の発現 (恒常性維持) 』など、私たち哺乳類の日常生活と深く関っている。この運動は、細胞内の化学反応などで得られた自由エネルギーを細胞外の力学的な仕事として出力する『異種エネルギー変換素子』、運動マシナリーにより駆動されており、運動制御を目的に、その作動機構が研究されてきた。運動マシナリーは、エネルギー変換効率が100%を誇るなど、医学的関心に留まらず、人工分子モーター設計といった応用の観点からも注目されている。
本研究の成果は運動方向の制御を担うメカニズムの解明であり、適切な制御から感染症といった予防効果が見込まれる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Detection of Steps and Rotation in the Gliding Motility of Mycoplasma mobile2023

    • Author(s)
      Yoshiaki Kinosita, Mitsuhiro Sugawa, Makoto Miyata, Takayuki Nishizaka
    • Journal Title

      Methods in Molecular Biology

      Volume: 2646 Pages: 327-336

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3060-0_27

    • ISBN
      9781071630594, 9781071630600
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Direct Observation of Archaellar Motor Rotation by Single-Molecular Imaging Techniques2023

    • Author(s)
      Yoshiaki Kinosita
    • Journal Title

      Methods in Molecular Biology

      Volume: 2646 Pages: 197-208

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3060-0_17

    • ISBN
      9781071630594, 9781071630600
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Distinct Swimming Behavior of <i>Escherichia coli</i> K-12 ATCC10798 Revealed by Fluorescence Imaging2021

    • Author(s)
      木下 佳昭、曽和 義幸
    • Journal Title

      Seibutsu Butsuri

      Volume: 61 Issue: 5 Pages: 316-320

    • DOI

      10.2142/biophys.61.316

    • NAID

      130008093153

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 生物物理学的アプローチを用いた、アーキアべん毛の回転計測2022

    • Author(s)
      木下 佳昭
    • Organizer
      第34回アーキア研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Detection of stepwise rotation of the archaellar motor in Haloferax volcanii2022

    • Author(s)
      Yoshiaki Kinosita, Jun Ando, Tastuya Iida, Rikiya Watanabe
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高度好塩菌アーキアの回転モーターにおける化学走性2021

    • Author(s)
      木下佳昭、渡邉力也
    • Organizer
      第59回日本生物物理学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ゴーストと歩んだ10年間2021

    • Author(s)
      木下 佳昭
    • Organizer
      第47回日本生体エネルギー研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-01-30  

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