発動分子の化学-力学エネルギー変換機構の解明に資する高速AFM技術の開発
Publicly Offered Research
Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
Project/Area Number |
19H05389
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Complex systems
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Research Institution | Nagoya University |
Principal Investigator |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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Budget Amount *help |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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Keywords | 高速原子間力顕微鏡 / 発動分子 / 動態計測 / モータータンパク質 / 一分子計測 / タンパク質 / 構造変化 / 蛍光顕微鏡 |
Outline of Research at the Start |
本領域で創成された発動分子やその集積体の構造動態や動的相互作用、秩序形成のダイナミクス観察に関して共同研究を推進する。同時に、計測技術・シミュレーション・理論班との協働により発動分子の作動原理を実験・理論両面から明らかにする。一方で、回転分子モーターV-ATPaseに焦点を絞り、高速AFM/一分子蛍光顕微鏡を用いてATPの結合と解離の検出と同時に分子の構造変化を測定する方法を確立し、化学-力学エネルギー変換の分子機構を明らかにする。また、高速AFM/一分子蛍光顕微鏡装置に実装する多機能基板の開発も進め、外部刺激による発動分子の動態応答に関する研究を推進する。
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Outline of Annual Research Achievements |
i) フェリチンケージ分解過程の直接観察(A01-3上野Gとの領域内共同研究):鉄を貯蔵タンパク質フェリチンは自己集合によってかご状構造体を形成することが知られており, ナノ材料を調製するためのテンプレートとして広く使用されてきた。このかご状構造体は溶液のpHに依存して分解及び再構成されることが知られているが, それらの開始や中間状態に関与するダイナミクスは解明されていなかった。高速AFMで, 溶液中の単一のフェリチンケージのpH依存的な分解過程を観察した結果, かご状構造体が断片に分解する前に穴が形成されることを明らかにした。MDシミュレーションの結果, 穴はフェリチンタンパク質3個で構成される3回対称チャネルの開口形成でトリガーされることを明らかにした。(Basudev et al, PCCP 2020) ii) 微小管の変形によるキネシンの運動速度変化( B01 角五Gとの領域内共研究):マイカ基板にアイランド上に平面脂質膜を形成し、さらに脂質膜を構成する正電荷脂質の量を制御することで、微小管を屈曲して基板に固定することができた。この微小管上で微小管関連運動タンパク質であるキネシンの滑走運動を高速AFMで観察した結果、微小管の変形が細胞内輸送に関与する滑走速度を制御していることが明らかになった。屈曲の曲率が異なる微小管でのキネシンの移動速度を解析したところ、曲率が大きくなるほどキネシンの運動速度が低下した。分子動力学シミュレーションでキネシンの運動速度低下の要因を探ったところ、変形した微小管ではキネシンの親和性が高まっているためであることがわかった。この結果は、キネシンの移動を制御するためのメカノセンサーとしての微小管の役割を明らかにし、微小管の機械的変形がキネシンの移動を制御する役割を果たしていることを示唆している。
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Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(49 results)
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[Journal Article] Structural insights into the mechanism of rhodopsin phosphodiesterase2020
Author(s)
Ikuta T, Shihoya W, Sugiura M, Yoshida K, Watari M, Tokano T, Yamashita K, Katayama K, Tsunoda SP, Uchihashi T, Kandori H and Nureki O.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 5605-5605
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Convergent evolution of processivity in bacterial and fungal cellulases2020
Author(s)
Uchiyama, T., Uchihashi, T., Nakamura, A., Watanabe, H., Kaneko, S., Samejima, M., and Igarashi K.
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Journal Title
Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A.
Volume: 117
Issue: 33
Pages: 19896-19903
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Assembly mechanism of a supramolecular MS-ring complex to initiate bacterial flagellar biogenesis in Vibrio species.2020
Author(s)
Terashima H, Hirano K, Inoue Y, Tokano T, Kawamoto A, Kato T, Yamaguchi E, Namba K, Uchihashi T, Kojima S, Homma M.
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Journal Title
Journal of Bacteriology
Volume: -
Issue: 16
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Supramolecular tholos-like architecture constituted by archaeal proteins without functional annotation.2020
Author(s)
Maho Yagi-Utsumi,Arunima Sikdar,Chihong Song,Jimin Park,Rintaro Inoue,Hiroki Watanabe,Raymond N Burton-Smith,Toshiya Kozai,Tatsuya Suzuki,Atsuji Kodama,Kentaro Ishii,Hirokazu Yagi,Tadashi Satoh,Susumu Uchiyama,Takayuki Uchihashi,Keehyoung Joo,Jooyoung Lee,Masaaki Sugiyama,Kazuyoshi Murata,Koichi Kato
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 10
Issue: 1
Pages: 1540-1540
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Mutational and Combinatorial Control of Self-Assembling and Disassembling of Human Proteasome α Subunits2019
Author(s)
Taichiro Sekiguchi, Tadashi Satoh, Eiji Kurimoto, Chihong Son, Toshiya Kozai, Hiroki Watanabe, Kentaro Ishii, Hirokazu Yagi, Saeko Yanaka Susumu Uchiyama, Takayuki Uchihashi, Kazuyoshi Murata, Koichi Kato
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 20
Pages: 2608-2608
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Crystal structure of heliorhodopsin2019
Author(s)
W. Shihoya, K. Inoue, M. Singh, M. Konno, S. Hososhima, K. Yamashita, K. Ikeda, A. Higuchi, T. Izume, Okazaki S, Hashimoto M, Mizutori R, Tomida S, Yamauchi Y, Abe-Yoshizumi R, K. Katayama, SP. Tsunoda, M. Shibata, Y. Furutani, A. Pushkarev, O. Béjà, T. Uchihashi, H. Kandori, O. Nureki
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Journal Title
Nature
Volume: 574
Issue: 7776
Pages: 132-136
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The Fab portion of immunoglobulin G contributes to its binding to Fcγ receptor III.2019
Author(s)
[Rina Yogo,Yuki Yamaguchi,Hiroki Watanabe,Hirokazu Yagi,Tadashi Satoh,Mahito Nakanishi,Masayoshi Onitsuka,Takeshi Omasa,Mari Shimada,Takahiro Maruno,Tetsuo Torisu,Shio Watanabe,Daisuke Higo,Takayuki Uchihashi,Saeko Yanaka,Susumu Uchiyama,Koichi Kato]
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Issue: 1
Pages: 11957-11957
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] On-Membrane Dynamic Interplay between Anti-GM1 IgG Antibodies and Complement Component C1q.2019
Author(s)
Saeko Yanaka,Rina Yogo,Hiroki Watanabe,Yuki Taniguchi,Tadashi Satoh,Naoko Komura,Hiromune Ando,Hirokazu Yagi,Nobuhiro Yuki,Takayuki Uchihashi,Koichi Kato
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 21
Issue: 1
Pages: 147-147
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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