アクチン重合および重合で活性化されるＡＴＰ加水分解での水和と水分子の役割

Publicly Offered Research

Project Area	Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
Project/Area Number	23118715
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	Teikyo University
Principal Investigator	若林健之帝京大学, 医療技術学部, 教授 (90011717)
Project Period (FY)	2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help	¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000) Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2011: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	アクチン / アクチン重合 / X線結晶解析 / 水分子 / 水和水 / アクチンフィラメント / ATP分解反応 / 水和 / ハイパーモバイル水 / 電子顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements	アクチンは筋肉以外の真核細胞では最も大量に含まれ、筋肉でもATPase活性をもつミオシンに次いで多い。アクチン重合は、神経細胞の樹状突起の形成、がん細胞の浸潤や白血球の細胞移動、発生・分化のための細胞運動に必須である。海馬細胞では、入力信号の数秒後にシナプス直下でアクチン重合が起こり、記憶形成との関連が注目されている。ディクチオ型粘菌に変異型アクチンを発現させたところ、ホスト細胞は野生型アクチンも発現し続けているにも関わらず、細胞飢餓の際に細胞分化の異常が出ることを見いだした。Ｄｏｍｉｎａｎｔ　Ｎｅｇａｔｉｖｅと呼ばれるこの現象を利用し、アクチンの機能的変異株をハイスループットに検出した。アクチンのチロシン１４３を変異させた株は飢餓誘導性細胞分化が変化した。フェニルアラニンに変異させた場合は子実体の柄が太く短くなり、トリプトファンにすると柄が細く長くなる。フェニルアラニンに変異させた株から精製した変異アクチンは重合能が顕著に落ち、ミオシンのATPase活性化も異常があった。そこで、このチロシン１４３に着目し、トリプトファンに変異させるとミオシンATPaseを活性化する際のKm値が低下し、ミオシンとの弱い結合が促進されることが分かった。逆にイソロイシンに変異させた場合は、ミオシンATPaseをほとんど活性化出来ないようになった。フェニルアラニン変異体ではミオシンATPase活性化への影響はわずかであった。変異後のアミノ酸側鎖の溶媒露出面積とミオシンATPase活性化が良く相関する。このようにチロシン１４３はミオシンATPaseを活性化する際に重要な役割を示すことができた。チロシン１４３をトリプトファンに変異させたアクチンの結晶化に成功し高分解能マップを得た。フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンの密度マップには穴が観察でき、多数の水分子の同定に成功し解析中である。
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。