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ESR動的解析法による筋運動スイッチマシナリーと常磁性イオン流モーターの解明

Publicly Offered Research

Project AreaHarmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
Project/Area Number 25117512
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

荒田 敏昭  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70151165)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2013: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsトロポミオシン / トロポニン / アクチン / イオン膜輸送 / 電子スピン共鳴 / P型ATPase / 銅イオン配位結合 / スピンラベル
Outline of Annual Research Achievements

電子スピン共鳴ESRによる蛋白質の動的構造の原子レベル解析を行った。1)トロポミオシン(Tm)全長にわたってアミノ酸をシステインに変異させてスピンラベルSL標識し、筋肉の細いフィラメント(超分子複合体)を再構成して測定したSL側鎖運動性はCaイオンによって全く変化しない。今年度は、アクチンとTm間のSLまたはMn-SL距離の精密測定し、その距離マップから、Tmとアクチンの結晶構造の相互位置を動かし、複合体の立体構造のモデル作成に成功した。2)イオン輸送P型ATPaseは、細菌鞭毛やF1F0のイオン流と回転・構造変化との間のエネルギー変換とは共通原理があると考えられる。そこで、銅イオン輸送ATPase TtCopBに結合したCu2+のみのESRスペクトルを、PH7.4で遊離のCu2+をESR-silentにすることにより取得することに成功した。2個Cu2+が強く結合したESRスペクトルのg値、超微細結合定数から、Type2のCu2+配位構造が明らかとなった。また、N原子が近傍に存在することによる7本の吸収線が見られた。さらに3-10個のCu2+を結合させたところ、配位構造がやや異なるType2の結合であることがわかった。N末端の30アミノ酸を除去したCopBでは約3個のCu2+結合が見られ、N末端領域に多数のCu2+結合するリザーバーがあることがわかった。intact CopBに結合させた2個のCu2+の低温スペクトルはATP加水分解中に凍結した場合も変化は小さかったことから、配位構造の変化した中間状態は過渡的に形成されている可能性が示唆された。そこで、ATP迅速混合凍結法やリン酸アナログにより中間状態をトラップして調べる計画である。また、CopBのアミノ酸をスピンラベルSL標識し、SLと常磁性Cu2+の距離をマッピングしATP分解中のイオンの位置を決定することを目指したい。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (24 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Internal dynamics of F-actin and myosin subfragment-1 studied by quasielastic neutron scattering2015

    • Author(s)
      T Matsuo, T Arata, T Oda, K Nakajima, S Ohira-Kawamura, T Kikuchi, S Fujiwara
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun

      Volume: 459(3) Issue: 3 Pages: 493-497

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2015.02.134

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Site-directed spin labeling-ESR mapping of the residues of cyanobacterial clock protein KaiA that are affected by KaiA-KaiC interaction.2014

    • Author(s)
      Ishii K, Terauchi S, Murakami R, Valencia Swain J, Mutoh R, Mino H, Maid K, Arata T, Ishiura M
    • Journal Title

      Genes Cells

      Volume: 19 Issue: 4 Pages: 297-324

    • DOI

      10.1111/gtc.12130

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nucleotide-dependent displacement and dynamics of the α-1 helix in kinesin revealed by site-directed spin labeling EPR2014

    • Author(s)
      Yasuda S, Yanagi T, Yamada MD, Ueki S, Maruta S, Inoue A, Arata T.
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Commun

      Volume: 443 Issue: 3 Pages: 911-916

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2013.12.063

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Difference in hydration structures between F-actin and myosin subfragment-1 detected by small-angle X-ray and neutron scattering2013

    • Author(s)
      Tatsuhito Matsuo, Toshiaki Arata, Toshiro Oda, Satoru Fujiwara
    • Journal Title

      BIOPHYSICS

      Volume: 9 Issue: 0 Pages: 99-106

    • DOI

      10.2142/biophysics.9.99

    • NAID

      130003366036

    • ISSN
      1349-2942
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ESRによる銅Cu2+(II)輸送P1B-type ATPase の常磁性金属イオン結合 構造の解析2014

    • Author(s)
      安田哲、植田恭広、堀本拓也、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会第40回討論会
    • Place of Presentation
      松山
    • Year and Date
      2014-12-11 – 2014-12-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ESR Spectroscopy on Metal binding Sites in Cu2+-Transporting ATPase Protein2014

    • Author(s)
      Yasuda, S. et al. and Arata, T.
    • Organizer
      APES2014/IES2014/SEST2014(国際会議)
    • Place of Presentation
      Nara, Japan
    • Year and Date
      2014-11-12 – 2014-11-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ESRによる筋肉細いフィラメントにおけるアクチンとCa調節タンパク質の動的構造2014

    • Author(s)
      辻元由起、山本晃衣、植田啓介、荒田敏昭
    • Organizer
      第52回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2013)
    • Place of Presentation
      大宮
    • Year and Date
      2014-10-24 – 2014-10-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] キネシンにおけるα-1ヘリックスのヌクレオチド依存的変位:スピンラベルESR距離測定による検出2014

    • Author(s)
      安田哲、楊貴成、山田正文、丸田晋策、荒田敏昭
    • Organizer
      第52回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2013)
    • Place of Presentation
      大宮
    • Year and Date
      2014-10-24 – 2014-10-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Calcium-dependent structural dynamics of actin and tropomyosin in the thin filament with bound myosin heads in rigor state as studied by spin-labeling EPR spectroscopy2014

    • Author(s)
      T. Arata K. Ueda, A. Yamamoto, T. Aihara, S. Ueki, and M. Miki
    • Organizer
      第87回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 銅Cu(II)輸送P1B-type ATPaseの金属イオン結合構造の解析2014

    • Author(s)
      安田哲、堀本拓也、大門大朗、植田恭広、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • Organizer
      第87回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural dynamics of actin, tropomyosin, and troponin in the thin filament as studied by spin-labeling dipolar EPR spectroscopy2014

    • Author(s)
      T. Arata, K. Ueda, C. Zhao, T. Somiya, A. Yamamoto, T. Aihara, S. Ueki, M. Miki
    • Organizer
      European Muscle Conference 2014
    • Place of Presentation
      Salzburg, Austria
    • Year and Date
      2014-09-11 – 2014-09-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ESRを使ってタンパク質がわかる2014

    • Author(s)
      荒田敏昭
    • Organizer
      第18回ESRフォーラム研究会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2014-07-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 銅Cu(II)輸送P1B-typeATPaseの金属イオン結合構造のESR解析2014

    • Author(s)
      安田哲、植田恭広、堀本拓也、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • Organizer
      第18回ESRフォーラム研究会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2014-07-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Dynamics of Motor Protein and Pump Protein as Revealed by Site Directed Spin Labeling EPR Spectroscopy2014

    • Author(s)
      Arata T
    • Organizer
      第2回電子スピンサイエンス淡路国際ワークショップ(AWEST2014)
    • Place of Presentation
      Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2014-06-15 – 2014-06-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 微小管に結合中のキネシンにおいてATP結合とネックリンカーのドッキングとを連動させるα-1ヘリックスの変位:ESRによる検出2013

    • Author(s)
      安田哲、楊貴成、高井進二、山田正文、丸田晋策、植木正二、荒田敏昭
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会第39回討論会
    • Place of Presentation
      静岡
    • Year and Date
      2013-12-18 – 2013-12-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] CW-とパルス-ESR とスピンラベルを使ってタンパク質についてわかること2013

    • Author(s)
      荒田敏昭
    • Organizer
      分子研研究会「先端スピン計測技術による分子性物質研究の現状と展望」
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2013-12-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural dynamics of N-terminal extension of cardiac troponin I by site-directed spin-labeling EPR2013

    • Author(s)
      C. Zhao, S.Takai, H. Yamashita, T. Somiya, K. Ueda, S. Ueki, and T. Arata
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural dynamics of actin and Ca-regulatory proteins in muscle thin filament by using ESR2013

    • Author(s)
      Y. Tsujimoto, A. Yamamoto, K. Ueda, and T. Arata
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Nucleotide-dependent displacement and dynamics of α-1 helix in motor protein kinesin as revealed by site-directed spin-labeling ESR2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, T. Yanagi, M. Yamada, S. Maruta, and T. Arata
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Interactions between cyanobacterial clock proteins KaiA and KaiC revealed by ESR analysis2013

    • Author(s)
      K. Ishi, T. Arata, M. Ishiura
    • Organizer
      第51回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Calcium-dependent Interaction Sites of Tropomyosin on Muscle Thin Filaments with Bound Myosin Heads as Studied by Site-Directed Spin-Labeling2013

    • Author(s)
      植田啓介、木邑崎山智恵子、相原朋樹、三木正雄、荒田敏昭
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 筋肉細いフィラメントにおけるアクチンとCa調節タンパク複合体のESR構造解析2013

    • Author(s)
      辻元由起、山本晃衣、植田啓介、荒田敏昭
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小管に結合したキネシンにおけるα-1ヘリックスのヌクレオチド依存的動的構造:スピンラベルESR距離測定による検出2013

    • Author(s)
      安田哲、楊貴成、山田正文、丸田晋策、荒田敏昭
    • Organizer
      第86回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] SDSL-ESR によるタンパク質複合体の構造研究: フレキシブル構造・相互作用部位・ドメイン運動2013

    • Author(s)
      荒田敏昭
    • Organizer
      第17回ESRフォーラム研究会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2013-07-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Identification of Interaction Sites of Protein Complexes Working in Heart Muscle Regulation and Bacterial Clock by Site Directed Spin Labeling EPR2013

    • Author(s)
      T. Arata, K. Ishii, C. Zhao, K. Ueda, S. Ueki, M. Ishiura
    • Organizer
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • Place of Presentation
      Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural dynamics of actin and Ca-regulatory proteins in muscle thin filament by using ESR2013

    • Author(s)
      Y. Tsujimoto, A. Yamamoto, K. Ueda, and T. Arata
    • Organizer
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • Place of Presentation
      Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Nucleotide-dependent Displacement and Dynamics of Alpha-1 Helix in Motor Protein Kinesin As Revealed by Site Directed Spin Labeling ESR2013

    • Author(s)
      S. Yasuda, T. Yanagi, M. Yamada, S. Maruta, and T. Arata
    • Organizer
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • Place of Presentation
      Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Dynamics of N-terminal Extension of Cardiac Troponin I by Site Directed Spin Labeling-EPR2013

    • Author(s)
      C. Zhao, S.Takai, H. Yamashita, T. Somiya, S. Ueki, and T. Arata
    • Organizer
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • Place of Presentation
      Awaji, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-05-15   Modified: 2018-03-28  

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