エネルギー中間媒体としてのアクチン繊維の機能と周囲環境

• Project Area: Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
• Project/Area Number: 21118501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 羽鳥 晋由 山形大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (00283036)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2010: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2009: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: アクチン / ミオシン / アデノシン3リン酸 / 化学力学変換 / 水和

Research Abstract

前年度において,タンパク質表面の脱水和と選択的溶媒和をもたらす尿素(1M)によってアクトミオシンの滑り運動とATPase活性が抑制されることを示した.今年度では,この抑制の原因を調査した.尿素によるアクチン活性化ATPase活性のKmの増加が認められたことから,アクチンとミオシン間の親和性が減少していることがわかった.加えて,ミオシン分子からのアクチン繊維の解離を顕微鏡下で直接的に観察したとき,解離速度が増加していることがわかった.尿素によってアクチンとミオシン間の親和性が低下したために運動の駆動力が損なわれた可能性がある.これらの効果がアクトミオシンの立体構造の変化によるものかどうかを調べるために,bis-ANSを構造変化検出のための蛍光プローブとして用いてその蛍光強度の変化を測定した.その結果,運動抑制が発生する1Mの尿素濃度において,アクチン繊維での蛍光強度変化はみられなかったが,ミオシンでは1.5倍の増加がみられた.このことはミオシンのATP結合領域の構造が不安定になっていることを示す.一方で,タンパク質の構造を安定化させるトリメチルアミンNオキシド(TMAO)存在下においても尿素の場合と同様にアクトミオシンの滑り運動の抑制と解離速度の増加が観測された.この結果は,アクトミオシンの構造の不安定性が運動抑制の直接的な原因ではないことを示す.さらに,尿素による滑り運動の抑制効果は,TMAOを加えることによってある程度中和された.TMAOと尿素が水和層に対して逆効果をもつにもかかわらずどちらもアクトミオシンの運動を抑制したことは,最適な水和状態があり,それがATPエネルギー変換に重要であることを裏付ける.

Research Products

• [Journal Article] Effects of urea and guanidine hydrochloride on the sliding movement of actin filaments with ATP hydrolysis by myosin molecules. (2011)
  • Author(s): Kumemoto R, Hosogoe Y, Nomura N, Hatori K.
  • Journal Title: J.Biochem. Volume: (In press)
  • NAID: 10030585907
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Motile activity of actin filaments containing acto-S1dc chimera protein with ATP hydrolysis. (2010)
  • Author(s): Uematsu, Y., Uyeda, Q.P.T., Hatori, K.
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Interaction of actin-decorated liposomes with myosin molecules fixed on glass surface. (2010)
  • Author(s): Iwabuchi, S., Hatori, K.
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Sliding velocity and ATPase activity of actomyosin complex in the presence of urea solute. (2010)
  • Author(s): Kumemoto, R., Hatori, K.
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Photosensitive inhibition of motility of actin filaments covalently conjugated with Cy3 dyes (2009)
  • Author(s): 羽鳥晋由, 君島倫嗣
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] Desmin affects the sliding movement of actomyosms (2009)
  • Author(s): 松田麻美, 羽鳥晋由
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2009-10-30