ATP駆動型分子モーターの圧力変調と運動解析

• Project Area: Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
• Project/Area Number: 21118511
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 西山 雅祥 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教 (10346075)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2009: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ATP / 水和 / 高圧力 / 高圧力顕微鏡 / ナノメートル計測 / 分子モーター / 高圧顕微鏡

Research Abstract

細胞内にあるタンパク質などの生体分子は、周囲を水分子に取り囲まれ水素結合を形成し、エネルギー的な最適化がほどこされている。本研究課題では、高圧力技術を用いてタンパク質の水和状態を変えることで、ATP駆動型分子モーターの運動教変調を行うことが目的である。H22年度では下記の研究を行った。
A)市販の光学顕微鏡にそのまま登載できる高圧力顕微鏡の開発。従来までの高圧力顕微鏡では、手押しポンプで発生した水圧を、高圧容器に封入したバッファー圧に変換するための外部セパレーターが必要であり、10ml近いバッファーを準備する必要があった。また、高圧チャンバーを固定するための専用の顕微鏡ステージが必要としていた。本研究課題では、高圧チャンバー内でポンプの水圧をバッファーの圧力に変換するセパレーター機能を内在した顕微観察用のミニチュアチャンバーを作成した。この内部セパレーター機能を採用することで、高圧装置の全体のサイズを大幅に下げることに成功し、市販の光学顕微鏡本体に付随するスライドグラスの固定器具を利用して、簡便に顕微観察ができる仕様にした。この装置を用いて、実際に高圧力下での大腸菌の遊泳運動観察を行い、従来までのシステムと同等の性能を有することを確認した。
B)市販の吸光光度計、蛍光分光器に搭載できる高圧チャンバーの開発。市販の分光器に搭載し、温度と圧力を変えながら、吸収もしくは、蛍光スペクトルを取得できる簡便な装置を開発した。これにより、高圧力下において、蛍光性タンパク質や大腸菌内に取り込ませたNa指示薬の分光測定を実施した。

Research Products

• [Journal Article] Microscopic Analysis of Bacterial Motility at High Pressure (2012)
  • Author(s): Nishiyama M., Sowa Y.
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 102 Pages: 1872-1880
  • NAID: 120004057183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 染色体を牽引する「分子エンジン」 (2012)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Journal Title: 化学 Volume: 67 Pages: 66-67
  • NAID: 120005399094
• [Journal Article] Microtubule Depolymerization at high pressure (2010)
  • Author(s): Nishiyama, et al.
  • Journal Title: ANNALS OF THE NEW YORK ACADEMY OF SCIENCES 1189 Pages: 86-90
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生物分子モーターの1分子計測と熱ラチェット型運動機構 (2012)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 力学的決定性と統計性の中間領域を探るIV
  • Place of Presentation: 関西セミナーハウス(京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-28
• [Presentation] 高圧力下での生体分子機械の運動機能変調イメージング (2012)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 日本機械学会第24回バイオエンジニアリング部門講演会
  • Place of Presentation: 大阪大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-08
• [Presentation] Pressure-induced reverse rotation in bacterial flagellar motors (2011)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 6th International Meeting on Biomolecules under Pressure
  • Place of Presentation: Otsu City former Public Hall(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] 高圧力顕微鏡の開発と生物分子モーターの運動変調イメージング (2011)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第7回光科学若手研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-22
• [Presentation] High-pressure microscopy reveals the mechanism how applied pressures affect on the bacterial motility (2011)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Visualization and manipulation of intermolecular interaction by high-pressure microscopy (2011)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」前期(2008-2010)研究成果報告会
  • Place of Presentation: 大阪ガーデンパレス
  • Year and Date: 2011-08-09
• [Presentation] Control of Bio-nanomotors by High-pressure Techniques (2010)
  • Author(s): Nishiyama M.
  • Organizer: NanoMedicine 2010
  • Place of Presentation: Beijing, China(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-25
• [Presentation] 高速カメラを用いたリアルタイムナノ計測 (2010)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第48回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学、専大(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] バクテリア・べん毛モーターのトルク発生コントロール (2010)
  • Author(s): 西山雅祥, 他2名
  • Organizer: 特殊環境微生物セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学、京都(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-16
• [Presentation] 超好熱始原菌の遊泳運動観察 (2010)
  • Author(s): 西山雅祥, 他4名
  • Organizer: 第23回アーキア研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学、名古屋(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-09
• [Presentation] High-pressure microscope for single molecule imaging and manipulation. (2010)
  • Author(s): Nishiyama M., et al.
  • Organizer: International Symposium on Hydration and ATP Energy
  • Place of Presentation: 仙台秋保
  • Year and Date: 2010-03-08
• [Presentation] 高圧力顕微鏡を用いたべん毛モーターの回転測定 (2010)
  • Author(s): 西山雅祥, 他
  • Organizer: 2010年生体運動研究合同班会議
  • Place of Presentation: 中央大学
  • Year and Date: 2010-03-08
• [Presentation] 【招待講演】バクテリア・べん毛モーターの高速回転運動計測と熱力学的解析 (2009)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第5回 広島大・海洋研究開発機・近大合同セミナー
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2009-10-09
• [Presentation] 【招待講演】高圧力顕微鏡の開発とバクテリアベん毛モーターの回転計測 (2009)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 圧力バイオサイエンスセミナー
  • Place of Presentation: JAMSTEC
  • Year and Date: 2009-06-04
• [Presentation] 【招待講演】べん毛モーターの熱力学的コントロール (2009)
  • Author(s): 西山雅祥
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティ徳島
  • Year and Date: 2009-06-04