ＡＴＰ駆動型分子モーターの局所的熱変調

• Project Area: Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
• Project/Area Number: 23118703
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 井上 裕一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50323499)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000); Fiscal Year 2012: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2011: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 生物物理 / 分子モーター / ナノバイオ

Outline of Annual Research Achievements

生体分子の局所的温度制御を目指して、カーボンナノチューブ(CNT)へのレーザー光照射を用いた温度制御システムを開発し、アクトミオシンの運動計測を行うことで、ATP駆動型分子モーターの分子メカニズムを探った。
１）カーボンナノチューブ(CNT)を用いた温度制御システム
光学顕微鏡下で、CNTへ赤レーザー(633nm)を～3mW集光することによって、CNTとその局所近傍のみを加熱する実験系を構築した。誘導された温度上昇は、蛍光色素の強度または後述の滑り速度変化から、直径170nmのCNTで約10℃、直径60nmのCNTで約2℃と見積もられた。
２）CNT1本上でのアクトミオシン運動の活性化
昨年度成功したCNT上でのアクトミオシンの運動観察と、レーザー光照射による速度変化誘導を用いて、CNT上における運動を詳細に解析した。その結果、レーザー照射時の速度分布は、照射位置からの距離によって有意に減衰することを発見した。この速度分布を温度分布として換算し、熱伝導を有限要素法によって解析したところ、上昇温度はCNT長軸方向3700nm、短軸方向250nmでそれぞれ半減する温度分布が示唆され、CNTの熱伝導率が1600 W/(m.K)と算出された。CNTの水中での熱伝導計測、特に生体分子を用いた計測は初めてであり、今後さらに局所的な計測を進めることで、分子モーターを含めた様々な生体分子の１分子活性制御への発展が期待される。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Velocity-Dependent Actomyosin ATPase Cycle Revealed by In Vitro Motility Assay with Kinetic Analysis (2012)
  • Author(s): Masaaki K. Sato, Takashi Ishihara, Hiroto Tanaka, Akihiko Ishijima and Yuichi Inoue
  • Journal Title: Biophysical Journal, Volume: 103 Issue: 4 Pages: 711-718
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2012.07.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coordinated regulation of multiple flagellar motors by the Escherichia coli chemotaxis system (2012)
  • Author(s): Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Akihiko Ishijima
  • Journal Title: BIOPHYSICS Volume: 8 Pages: 59-66
  • DOI: 10.2142/biophysics.8.59
  • NAID: 130002061593
  • ISSN: 1349-2942
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coordinated Reversal of Flagellar Motors on a Single Escherichia coli Cell (2011)
  • Author(s): Shun Terasawa, Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Takashi Sagawa, Hiroto Takahashi, Akihiko Ishijima
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: 100 Issue: 9 Pages: 2193-2200
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.03.030
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two methods of temperature control for single-molecule measurements. (2011)
  • Author(s): Matthew A. B. Baker, Yuichi Inoue, Kuniaki Takeda, Akihiko Ishijima and Richard M. Berry
  • Journal Title: European Biophysics Journal, Volume: 5 Issue: 5 Pages: 651-660
  • DOI: 10.1007/s00249-010-0667-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Local heating of molecular motors using single carbon nanotubes (2013)
  • Author(s): Yuichi Inoue
  • Organizer: Symposium on Hydration and ATP Energy 2013
  • Place of Presentation: Sendai
  • Year and Date: 2013-03-06
• [Presentation] べん毛モーターの簡単な回転解析はいかがでしょう (2013)
  • Author(s): 井上 裕一
  • Organizer: 第18回べん毛研究交流会
  • Place of Presentation: 群馬県渋川市
  • Year and Date: 2013-03-03
• [Presentation] Direct imaging of CheY-binding to a functioning bacterial flagellar motor (2013)
  • Author(s): Hajime Fukuoka
  • Organizer: BLAST XII meeting (Bacterial Locomotion and Signal Transduction)
  • Place of Presentation: USA,Tucson
  • Year and Date: 2013-01-20
• [Presentation] カーボンナノチューブを用いた生体分子モーター運動の活性化 (2013)
  • Author(s): 井上 裕一
  • Organizer: ２０１３年 生体運動研究合同班会議
  • Place of Presentation: 東広島市
  • Year and Date: 2013-01-12
• [Presentation] Local heating of myosin and kinesin motors on carbon nanotubes (2012)
  • Author(s): 井上 裕一
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Thermal response of the myosin motors on single carbon nanotubes (2012)
  • Author(s): 永田 光範
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Measurement of cellular response of single E. coli cell to the photoreleased serine (2012)
  • Author(s): 佐川 貴志
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋市
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] ATP駆動型分子モーターの局所的熱変調 (2012)
  • Author(s): 井上 裕一
  • Organizer: 公開シンポジウム「ゆらぎと水-生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
  • Place of Presentation: 大阪市
  • Year and Date: 2012-09-14
• [Presentation] Activation of biological motors by local heating of single carbon Nanotubes (2012)
  • Author(s): Yuichi Inoue
  • Organizer: International symposium on innovative nanobiodevices 2012
  • Place of Presentation: Japan, Nagoya
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] Coordinated regulation of multiple locomotive apparatus in a single bacterial cell (2012)
  • Author(s): Hajime Fukuoka
  • Organizer: International symposium on innovative nanobiodevices 2012
  • Place of Presentation: Japan, Nagoya
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] べん毛モーターの局所的温度制御 (2012)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: べん毛研究交流会
  • Place of Presentation: 静岡県伊豆市
  • Year and Date: 2012-03-10
• [Presentation] ATP駆動型分子モーターの局所的熱変調 (2012)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回全体会議
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] 生体分子モーター運動の光制御 (2012)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: FIRST川合プロジェクト2011年度末報告会
  • Place of Presentation: 東京都港区
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] Role of the polar localization of CheZ for the propagation of intracellular signal in bacterial chemotaxis system (2012)
  • Author(s): Hajime Fukuoka
  • Organizer: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • Place of Presentation: USA, Ventura
  • Year and Date: 2012-01-18
• [Presentation] Temperature dependences of torque generation and membrane voltage measured for bacterial flagellar motor (2012)
  • Author(s): Yuichi Inoue
  • Organizer: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • Place of Presentation: USA, Ventura
  • Year and Date: 2012-01-18
• [Presentation] Single cellular response time to chemoattractant photoreleased from caged compound triggered by Real-Time Video Nanometry (2012)
  • Author(s): Takashi Sagawa
  • Organizer: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • Place of Presentation: USA, Ventura(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-18
• [Presentation] カーボンナノチューブへの局所レーザー照射によるアクトミオシン運動制御 (2012)
  • Author(s): 永田光範
  • Organizer: 2012年生体運動研究合同班会議
  • Place of Presentation: 茨城県つくば市
  • Year and Date: 2012-01-06
• [Presentation] カーボンナノチューブで分子モーターを局所的に活性化する (2012)
  • Author(s): 井上 裕一
  • Organizer: 生物物理・東北支部会
  • Place of Presentation: 仙台市
• [Presentation] 局所加熱による生体分子モーターの活性化 (2011)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: CREST「生命現象」シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都文京区
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] Local heating of myosin motors using single carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): 永田光範
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路市
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Real-time video nanometry and controlled laser irradiation reveals a cellular response time of E.coli cell for chemoattractant (2011)
  • Author(s): 佐川貴志
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路市
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Consideration of the role of CheZ in the intracellular signaling of Escherichia coli cell (2011)
  • Author(s): 福岡創
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路市
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 生体分子モーター運動の光制御 (2011)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: FIRST川合プロジェクト2011年度中間報告会
  • Place of Presentation: 静岡県伊豆市
  • Year and Date: 2011-09-10
• [Presentation] ATP駆動型モーターの局所的熱変調 (2011)
  • Author(s): 井上裕一
  • Organizer: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」全体会議
  • Place of Presentation: 大阪市
  • Year and Date: 2011-08-11
• [Remarks] 論文リスト
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/ishijima/paper.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/ishijima/paper.html