Structural Studies on Auto-regulatory Mechanism of Cyanobacterial Clock Proteins

• Project/Area Number: 22687010
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Institute for Molecular Science (2012); Nagoya University (2010-2011)
• Principal Investigator: AKIYAMA Shuji 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 教授 (50391842)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2012: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2011: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2010: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
• Keywords: 生物物理 / 生物時計 / 分光学 / 小角散乱 / シアノバクテリア / Ｘ線小角散乱 / 蛋白質 / 溶液散乱 / 分光計測 / 温度補償性 / 時計タンパク質

Research Abstract

Dynamic structural change of the KaiC hexamer revealed in this study provides notable insights into the cyanobacterial circadian clock. Our model implies that KaiC ticks through expanding and contracting motions of the C2 ring. The timing of the accumulation of KaiC carrying the expanded C2 ring is coincident with that of accumulation of KaiC associated both with KaiA and KaiB. The conformational ticking of KaiC is likely to serve as a timing cue for assembly/disassembly of KaiA and KaiB.

Research Products

• [Journal Article] Structural and dynamic aspects of protein clocks: How can they be so slow and stable? (2012)
  • Author(s): Akiyama S
  • Journal Title: Cellular and Molecular Life Sciences Volume: 69 Pages: 2147-2160
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] タンパク質時計―時間と空間の狭間を漂うように― (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 52 Pages: 102-103
  • NAID: 10030134716
• [Journal Article] Visualization of circadian ticking of cyanobacterial clock protein KaiC in real time (2012)
  • Author(s): Atsushi Mukaiyama
  • Journal Title: SPring-8 Research Frontiers 2011 Volume: － Pages: 46-47
• [Journal Article] Structural and dynamic aspects of protein clocks : How can they be so slow and stable? (2012)
  • Author(s): Shuji Akiyama
  • Journal Title: Cellular and Molecular Life Sciences Volume: (in press) Issue: 13 Pages: 2147-2160
  • DOI: 10.1007/s00018-012-0919-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of circadian ticking of cyanobacterial clock protein KaiC in real time (2011)
  • Author(s): Mukaiyama A, Kondo T, Akiyama S
  • Journal Title: SPring-8 Research Frontiers Pages: 46-47
• [Journal Article] Octuple Cuvette for Small-angle X-ray Solution Scattering (2011)
  • Author(s): Akiyama S., Hikima T
  • Journal Title: J. Appl. Cryst Volume: 44 Pages: 1294-1296
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracking and Visualizing the Circadian Ticking of the Cyanobacterial Clock Protein KaiC in Solution (2011)
  • Author(s): Murayama Y., Mukaiyama A., Imai K., Onoue Y., Tsunoda A., Nohara A., Ishida T., Maeda Y., Terauchi K., Kondo T. and Akiyama S
  • Journal Title: EMBO J Volume: 30 Pages: 68-78
  • NAID: 130006998147
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] KaiCタンパク質による概日時間 (2011)
  • Author(s): 秋山 修志,近藤 孝男
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 30 Pages: 1269-1276
• [Journal Article] 時計タンパク質KaiCの概日性分子鼓動 (2011)
  • Author(s): 秋山 修志,向山 厚
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 29 Pages: 1281-1284
• [Journal Article] Octuple cuvette for small-angle X-ray solution scattering (2011)
  • Author(s): Shuji Akiyama, Takaaki Hikima
  • Journal Title: Journal of Applied Crystallography Volume: 40 Issue: 6 Pages: 1294-1296
  • DOI: 10.1107/s0021889811045225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracking and visualizing the circadian ticking of the cyanobacterial clock protein KaiC in solution (2011)
  • Author(s): Murayama, et al
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 30 Pages: 68-78
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quality control of protein standards for molecular mass determinations by small-angle X-ray scattering (2010)
  • Author(s): Akiyama S
  • Journal Title: J. Appl. Cryst Volume: 43 Pages: 237-243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X線小角散乱でナノ空間を照らし出す (2010)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Journal Title: 現代化学 Volume: 468 Pages: 54-58
• [Presentation] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC (2013)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: The 5th Japan-Taiwan joint meeting on neutron and X-ray scattering
  • Place of Presentation: Tokai, Japan
  • Year and Date: 2013-02-26
• [Presentation] 周期を規定する時計タンパク質KaiCの構造変化の解析 (2013)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: 平成24年度 生物物理学会中部支部 講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] ATPaseとリン酸化に呼応した時計タンパク質KaiCの概日性構造変化 (2013)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: アキバホール（東京都）
• [Presentation] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC (2013)
  • Author(s): AKIYAMA, S.
  • Organizer: The 5th Japan-Taiwan joint meeting on neutron and X-ray scattering
  • Place of Presentation: KEK 東海キャンパス （茨城県）
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質の概日揺らぎの分子化学的解明を目指して (2013)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 自然科学研究機構プロジェクト 合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC (2012)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: The 12th KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • Place of Presentation: Seoul(Korea)
  • Year and Date: 2012-10-11
• [Presentation] Kaiタンパク質時計の源振の分子科学的解明に向けて (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第19回時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道)
  • Year and Date: 2012-09-16
• [Presentation] 時計タンパク質のダイナミクス (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 放射光将来光源利用サイエンス若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-08-18
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCの概日性分子鼓動 (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 12蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-22
• [Presentation] Circadian ticking of cyanobacterial clock protein KaiC in solution (2012)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: Structure to Dynamics: for Our Understanding of Protein-Protein Interactions
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2012-05-16
• [Presentation] タンパク質時計に秘められた秩序ある遅いダイナミクス～ 源振の分子科学的解明と新光源への期待 (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第25回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 鳥栖市民文化会館
  • Year and Date: 2012-01-07
• [Presentation] 生物の時間をはかるタンパク質時計～分子の概日運動をとらえるための工夫～ (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第7回機構技術研究会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター （愛知県）
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCのATPaseに備わる分子内フィードバック制御機構の解明 (2012)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: 第39回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCの概日性分子鼓動 (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCのATPaseに備わる自己抑制制御機構 (2012)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCが刻む概日リズム (2012)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質のダイナミクス (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 放射光将来光源利用サイエンス若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Invited
• [Presentation] Kaiタンパク質時計の源振の分子科学的解明に向けて (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第19回時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
  • Invited
• [Presentation] Intramolecular feedback regulation of cyanobacerial KaiC ATPase (2012)
  • Author(s): 向山 厚
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] タンパク質の奏でる生体リズム～ 生物はどのようにして時間をはかるのか？ ～ (2012)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第95回分子科学フォーラム（市民公開講座）
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター （愛知県）
  • Invited
• [Presentation] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC (2012)
  • Author(s): AKIYAMA, S.
  • Organizer: The 12th KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • Place of Presentation: The Korea Institute for Advanced Study (Seoul,Korea)
  • Invited
• [Presentation] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC (2012)
  • Author(s): AKIYAMA, S.
  • Organizer: 15th International Small-angle Scattering Conference 2012
  • Place of Presentation: Sydney Convention & Exhibition Centre（Sydney, Australia）
• [Presentation] Circadian Pacemaker of Cyanobacteria by Intra-molecular Feedback of KaiC ATPase (2011)
  • Author(s): Akiyama S. and Kondo T
  • Organizer: GCOE International Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] Circadian Pacemaker of Cyanobacteria by Intra-molecular Feedback of KaiC ATPase (2011)
  • Author(s): Shuji Akiyama, Takao Kondo
  • Organizer: GCOE International Symposium : Designing the circadian clock
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 2011-11-26
• [Presentation] X線小角散乱を用いた動的構造解析 ～ シアノバクテリア時計蛋白質の概日性分子鼓動 ～ (2011)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第1回名古屋大学反応科学超高圧電子顕微鏡ワークショップ
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2011-11-21
• [Presentation] Kaiタンパク質時計に秘められた秩序ある遅いダイナミクスKaiタンパク質時計に秘められた秩序ある遅いダイナミクスKaiタンパク質時計に秘められた秩序ある遅いダイナミクス (2011)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 分子研研究会 「実験と理論による高次分子システムの機能発現の分子論的理解」
  • Place of Presentation: 分子科学研究所
  • Year and Date: 2011-11-02
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCの分子鼓動の可視化 (2011)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Quality Control of Protein Standards for Molecular Mass Determinations by SAXS (2011)
  • Author(s): Akiyama S.,
  • Organizer: XXII Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 2011-08-23
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質はどのようにして時を測るのか (2011)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 理論計算領域オープンセミナー
  • Place of Presentation: 分子科学研究所
  • Year and Date: 2011-04-04
• [Presentation] ATPase- and phospho-dependent structural changes of circadian clock protein KaiC (2010)
  • Author(s): Shuji Akiyama
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] Circadian Ticking of Cyanobacterial Clock Protein KaiC In Solution (2010)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: GCOE International Symposium: Protein structure and dynamics; from molecules to assembly
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan (招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-24
• [Presentation] 時計タンパク質の構造変化と小角X線散乱測定による実時間解析時計タンパク質の構造時計タンパク質の構造変化と小角X線散乱測定による実時間解析変化と小角X線散乱測定による実時間解析 (2010)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第1回高分子科学研究会
  • Place of Presentation: Spring-8 (上坪講堂)
  • Year and Date: 2010-11-06
• [Presentation] シアノバクテリア時計タンパク質はどのようにして時を測るのか (2010)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第1回バイオ単分子研究会
  • Place of Presentation: ATI会議室
  • Year and Date: 2010-08-06
• [Presentation] 時計タンパク質の複合体形成ダイナミクスと遅い構造転移 ～μs^<-1>からday^<-1>まで～ (2010)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Year and Date: 2010-06-17
• [Book] 放射光が解き明かす驚異のナノ世界"タンパク質によって操られている体内時計" (2011)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Publisher: 講談社ブルーバックス
• [Remarks] ホームページ
  • URL: http://bms.ims.ac.jp/AkiyamaG/index.html
• [Remarks] (1)秋山 修志, "生物の不思議 ～ 体内時計 ～", サイエンスキャンプ, 2010年8月, SPring-8(普及棟) アウトリーチ活動