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タンパク質モーターによるオルガネラ輸送への非平衡統計力学関係式の応用

Publicly Offered Research

Project AreaScience on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
Project/Area Number 26104501
Research Category

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

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

林 久美子  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00585979)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywords生物物理 / 非平衡統計力学 / タンパク質モーター
Outline of Annual Research Achievements

柔らかな分子であるタンパク質のゆらぎについて研究した。ゆらぎは柔らかな分子の特徴の一つである。細胞小器官がモータータンパク質、キネシン、ダイニンに輸送される現象について、ゆらぎ解析から1つの細胞小器官を輸送するモータータンパク質の力や数を議論した。マウスから神経節を採取し、神経細胞を培養した。神経細胞内の細胞小器官を蛍光観察し、重心位置を高い時間分解能で計測した。非平衡統計力学を用いて重心位置に含まれるゆらぎを解析し、輸送中の細胞小器官にかかる力を測定した。ゆらぎ解析から得られた力の分布を見ると、離散的であり、複数のピークを持つ事がわかった。これは1つの細胞小器官が複数のモータータンパク質に輸送されることを示唆する。柔らかな分子の特徴であるゆらぎから、細胞小器官の輸送メカニズムを調べる事が可能になった。

また、回転タンパク質モーターF1-ATPaseの研究では、ゆらぎを特徴付ける量である拡散係数の外部トルク依存性を調べた。拡散のGiant Accelerationという現象は拡散の外場に対する共鳴現象である。この共鳴現象を利用して、F1の回転ポテンシャルエネルギーを測定する理論を提案し、実験に応用した。回転電場によってF1に外部トルクを加え、回転拡散係数を測定した。外部トルクの値がポテンシャルの深さに相当する時に拡散係数の大きさは最大になり、その値から回転ポテンシャルエネルギーの深さを推定する事ができた。

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。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Giant enhancement of fluctuation in small biological systems2016

    • Author(s)
      K. Hayashi, S. Hasegawa and S. P. Tsunoda
    • Journal Title

      J. Stat. Mech.

      Volume: 未定

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Giant acceleration of diffusion observed in a single-molecule experiment on F1-ATPase2015

    • Author(s)
      R. Hayashi, K. Sasaki, S. Nakamura, S. Kudo, Y. Inoue, H. Noji and K. Hayashi
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 114 Issue: 24 Pages: 248101-248101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.114.248101

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] F1subunit reinforces torque generation in V-ATPase2014

    • Author(s)
      Junichi Kishikawa, Akihiko Seino, Atsuko Nakanishi, Naciye Esma Tirtom, Hiroyuki Noji, Ken Yokoyama, Kumiko Hayashi
    • Journal Title

      European Biophysics Journal

      Volume: 43 Issue: 8-9 Pages: 415-422

    • DOI

      10.1007/s00249-014-0973-x

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ゆらぎからモーター数を数える ~複数分子モーターによる協同的オルガネラ輸送~2015

    • Author(s)
      林久美子
    • Organizer
      第38回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場
    • Year and Date
      2015-12-01
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ゆらぎ計測によるゼブラフィッシュ色素顆粒輸送の力-速度関係2015

    • Author(s)
      長谷川慎、池田一穂、岡田康志、林久美子
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経細胞オルガネラ輸送におけるキネシンとダイニンの数の測定:揺らぎの定理の応用2015

    • Author(s)
      林久美子、岡田康志
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 回転電場を用いた F1-ATPase の一分子計測による 拡散の Giant acceleration の観察II2014

    • Author(s)
      林 龍之介 , 中村 修一 , 工藤 成史 , 佐々木 一夫 , 野地 博行 , 林 久美子
    • Organizer
      第52回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2014-09-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数のキネシンによる協調的カーゴ輸送のメカニズムの解明2014

    • Author(s)
      澤入 尚人, 有賀 隆行, 岩城 光宏, 富重 道雄, 林 久美子
    • Organizer
      第52回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • Year and Date
      2014-09-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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