Ｘ線小角散乱と液中高速AFMの相補利用による分子時計の離合集散計測

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 26102544
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 秋山 修志 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 生物時計 / タンパク質 / 小角散乱 / 概日時計

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，液中高速AFMとＸ線小角散乱を用いてKaiタンパク質時計の観察を行い，分子システムが秩序を保ちつつ離合集散する分子機構の解明に取り組んだ．
昨年から今年度にまで及んだ実験条件の最適化を通じて，中核となる時計タンパク質KaiCを基盤に固定化し，機能を保持した６量体として各々の粒子を観察できるようになった．固定化されたKaiCにKaiAやKaiBを添加したところ，基盤からの高さが増加する領域が複数散在して観察され，それらの位置が時間依存的に変化することが確認された．高さの増加幅についてヒストグラム解析を行ったところ，その中央値はKaiAやKaiBの大きさにほぼ相当することがわかった．
X線溶液散乱については，散乱ベクトルQ = 2.5 (1/Å) までの広角散乱計測を行った．発振中の散乱曲線には，分子システムを構成する3種のKaiタンパク質からの散乱に加えて，それらの線形和では説明できない他分子種由来の信号成分が見出された．KaiC単体の散乱曲線との類似性から，KaiCにKaiAやKaiBが結合した複合体，もしくは従来と異なる対称性を有するKaiCの６量体に由来するものと推測された．一方，それぞれのKaiタンパク質について単独での広角散乱を記録したところ，結晶構造から予測される理論的な散乱曲線と大きく異なることが判明した．結晶中と水溶液中での状態の差について検討を進めている．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] PSL Research Univ. Chimie ParisTech(France)
• [Journal Article] Absolute slowness encoded in the circadian clock protein KaiC (2016)
  • Author(s): Abe J, Mukaiyama A, Akiyama S
  • Journal Title: SPring-8 Research Frontiers 2015 Volume: 印刷中
  • Open Access
• [Journal Article] 時間生物学と放射光科学の接点 (2016)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Journal Title: 放射光 Volume: 印刷中
  • NAID: 40020850505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 時計タンパク質KaiCの「遅さ」が刻み込まれた原子構造 (2016)
  • Author(s): 阿部 淳，向山 厚，秋山 修志
  • Journal Title: SPring-8/SACLA利用者情報 Volume: 21 Pages: 2-4
  • Open Access
• [Journal Article] Atomic-scale origins of slowness in the cyanobacterial circadian clock (2015)
  • Author(s): J. Abe, T. B. Hiyama, A. Mukaiyama, S. Son, T. Mori, S. Saito, M. Osako, J. Wolanin, E. Yamashita, T. Kondo, S. Akiyama
  • Journal Title: Science Volume: 349 Issue: 6245 Pages: 312-316
  • DOI: 10.1126/science.1261040
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] タンパク質の化学反応が細胞内の時を計る (2015)
  • Author(s): 向山 厚，阿部 淳，孫 世永，秋山 修志
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 33 Pages: 3119-3122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A protocol for preparing nucleotide-free KaiC monomer (2015)
  • Author(s): Mukaiyama, A., Osako, M., Hikima, T., Kondo, T., and Akiyama, S.
  • Journal Title: BIOPHYSICS Volume: 11 Issue: 0 Pages: 79-84
  • DOI: 10.2142/biophysics.11.79
  • NAID: 130004940817
  • ISSN: 1349-2942
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Circadian periodicity encoded in KaiC ATPase (2016)
  • Author(s): Mukaiyama A, Abe J, and Akiyama S
  • Organizer: Winter School of ASIA CORE Program
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2016-02-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] X-ray Solution Scattering as Research Tools for Bio-molecular Systems (2016)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: Winter School of ASIA CORE Program
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2016-02-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Atomic-scale origins of slowness in the cyanobacterial circadian clock (2016)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: 8th Japan-Korea Seminars on Biomolecular Science: Experiments and Simulation
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-02-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 階層横断的に機能する分子システムの構造アンサンブルとダイナミクス研究 (2016)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第29回日本放射光学会年会 放射光合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学 柏の葉キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-01-11
• [Presentation] KaiC as Circadian Pacemaker of Cyanobacterial Circadian Clock (2015)
  • Author(s): 秋山 修志
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス（金沢県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] KaiC as Circadian Pacemaker of Cyanobacterial Circadian Clock (2015)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: European Biological Rhythms Society
  • Place of Presentation: Manchester, UK
  • Year and Date: 2015-08-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 概日時計システム研究におけるbioSANSへの期待と展望 (2015)
  • Author(s): 秋山修志
  • Organizer: 第3回Neutrons in Biology研究会
  • Place of Presentation: 日本原子力研究開発機構・原子力科学研究所 （茨城県那珂郡）
  • Year and Date: 2015-03-31
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCの構造と動態解析 (2015)
  • Author(s): 阿部 淳、檜山 卓也、向山 厚、秋山 修志
  • Organizer: 2014年度生物物理学会中部支部講演会
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター （愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2015-03-10
• [Presentation] Watching slow but ordered dynamics of clock proteins (2014)
  • Author(s): Shuji Akiyama
  • Organizer: 第21回日本時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 九州大学 （福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-11-08
  • Invited
• [Presentation] 概日時計システム研究におけるbioSANSへの期待と展望 (2014)
  • Author(s): 秋山修志
  • Organizer: 平成26年度第1回生物構造学研究会
  • Place of Presentation: エッサム神田ホール401会議室 （東京都千代田区）
  • Year and Date: 2014-10-31
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質KaiCのATPase活性に焦点をあてた周期調節の解析 (2014)
  • Author(s): 阿部 淳、檜山 卓也、向山 厚、山下 栄樹、近藤 孝男、秋山 修志
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア （神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-06-27
• [Presentation] KaiC as Circadian Pacemaker of Cyanobacterial Circadian Clock (2014)
  • Author(s): Akiyama S
  • Organizer: Society for Research on Biological Rhythms
  • Place of Presentation: Montana, USA
  • Year and Date: 2014-06-17
  • Invited
• [Presentation] ATPase活性調節の理解に向けた時計タンパク質KaiCの機能的・構造的解析 (2014)
  • Author(s): 阿部 淳、檜山 卓也、向山 厚、山下 栄樹、近藤 孝男、秋山 修志
  • Organizer: 第41回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ （福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-06-06