| Project/Area Number |
23K20833
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| Project/Area Number (Other) |
21H01053 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
岩城 光宏 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (30432503)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥15,340,000 (Direct Cost: ¥11,800,000、Indirect Cost: ¥3,540,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
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| Keywords | メカノバイオロジー / DNAナノテクノロジー / 筋収縮 / 共同現象 / ミオシン / 協同現象 |
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| Outline of Research at the Start |
生体分子の協同性は、分子の持つ確率的で一過性の動作を確実性の高い持続的な動作に変換し、マクロな生理機能に直結する。協同現象の創発メカニズムを理解することは、ミクロな分子運動とマクロな生理機能をつなぐのに重要となるが、筋肉のようなクラシカルな系においても実験的に検証された例はない。申請者は、筋ミオシン集団内の個々のミオシンの連携を実験的に検証可能なシステム「人工ナノ筋肉」を用い、その協同現象の直接可視化を行う。フォースセンサを組み込んだ人工ナノ筋肉の超解像イメージングと弾性ネットワークモデルを組み合わせて筋サルコメア構造内のミオシンがマクロな運動機能を創発する仕組みを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、 独自に開発した人工ナノ筋肉を用いて筋ミオシンの協同現象の直接可視化を行うのが目的である。昨年度までに、筋ミオシンの協同現象を可視化するためのフォースセンサを人工ナノ筋肉に組み込むことに成功した。本年度では、筋ミオシンをDNAオリガミの足場構造に連結して、運動時の蛍光シグナルの観察を行った。これまで、本研究室では、ヒト骨格筋ミオシンIIaの発現に成功し実験に利用していたが、骨格筋ミオシンはアクチンとのアフィニティが低く本実験の難易度が上がるため、アフィニティの高いヒト心筋ミオシンβを新たに発現し実験に用いることにした。骨格筋ミオシンよりも発現量は落ちるが運動活性のあるサンプルの精製に成功した。このミオシンを連結した人工ナノ筋肉もアクチン上でプロセッシブに運動することを確認し、フォースセンサ由来の蛍光シグナルも得ることができた。しかしながら、観察に用いていたTIRF顕微鏡の不具合により蛍光画像の解析を定量的に行うのに十分な画像データを得ることができなかったため、顕微鏡の補修作業に時間を要した。そのため、計画の延長が必要となったが、最終的には、人工ナノ筋肉がアクチンフィラメント上をプロセッシブに運動時に、フォースセンサ由来の蛍光シグナルを観察することに成功した。複数個の筋ミオシン分子から構成される人工ナノ筋肉内部の力学的なコミュニケーションを蛍光によって直接可視化した世界で初めての観察であり、シミュレーション予測と合わせることで、協同現象の詳細の理解が進むと期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
蛍光観察を行うためのTIRF顕微鏡の不具合によって補修作業に時間を要したが、活性のある心筋ミオシンβの精製に成功し、このミオシンを組み込んだ人工ナノ筋肉の運動観察および、フォースセンサ由来の蛍光シグナルの取得にも成功しているので、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミオシンの空間配置によって、異なる協同現象を生み出すことが私たちのシミュレーションから予測されているため、ガラスにランダムに固定したミオシン集団での観察、人工ナノ筋肉で、天然の筋肉内で観察されるようなミオシン空間配置での観察、天然構造とは異なるミオシン空間配置を持つ人工ナノ筋肉での観察を行い、フォースセンサ由来の蛍光シグナルの時空間パターンの解析を進めていく。
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