急速凍結レプリカ電子顕微鏡法で探る負荷滑り運動中のミオシン頭部構造のダイナミクス

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07458252
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 片山 栄作 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (50111505)
• Keywords: 急速凍結電子顕微鏡法 / マイカ細 / デ-ィプエッチレプリカ / in vitroアクチン滑り運動 / ミオシンクロスブリッジ / 首振り運動 / 立体視差測定法 / コンフォーメーション変化

Research Abstract

本研究は、高い空間および時間分解能を有するマイカ細片/急速凍結フリーズレプリカ電子顕微鏡法を駆使することにより、マイカ表面でin vitroアクチン滑り運動を起こしているミオシン・クロスブリッジの一瞬の姿を捉え、負荷のかかった状態で機能するクロスブリッジの構造を無負荷状態と比較することにより、筋収縮や種々の細胞運動の基盤となる滑り運動を構造的側面から解析してその分子メカニズムを追及することを最終目的としている。まず無負荷状態での滑り運動に伴うクロスブリッジの構造変化を調べた。アクチン・重メロミオシン(HMM)の硬直複合体をマイカ表面に吸着させ、そのままで、あるいはATPを加えた直後に急速凍結し、それぞれのディープエッチレプリカを作って観察した。硬直複合体においては、HMMの頭部はほとんど真っ直ぐ伸びた洋ナシ型の形状をとっており、アクチンの長軸方向と約45度の傾きを持って結合したいわゆる矢尻構造が明瞭であった。また2個の頭部がアクチンの長周期らせんに沿って隣接して結合する姿がしばしば見られた。これに対し、ATPを加えて滑り運動を開始させたときには、アクチン・フィラメントは、マイカ表面にHMMを吸着した領域と下にはほとんど何もない領域とに分布し、前者では滑り運動を支えるHMM頭部が観察された。硬直結合時とは全く異なり、1HMM分子の2個の頭部は強く折れ曲がり、常にその片側のみで、屈曲の内側にアクチン・フィラメントを抱くように結合していた。全般的にはアクチンの長軸方向と直角に結合しているものが多いが、その角度を中心とするかなりの範囲の分布が見られ、アクチン単量体の長さの数倍の幅で『首振り運動』をし得ることが推定された。現在、新たに開発した立体視差測定法を用いて3次元的な構造解析を進めているが、暫定的に測定した頭部の長さは従来の値よりかなり長く、S2部位の構造が部分的にほどけて働いている可能性が出てきた。

Research Products

• [Publications] E.Katayama: "Geometry of the flagellarmotor in the cytoplasmic membrane of Salmonella typhimurium as determined by stereo-photogrammentry of quickfreeze depp-etch repliva images" Journal of Molecular Biology. 255. 458-475 (1996)
• [Publications] E.Katayama: "Native structure and arrangment of inositol-1,4,5-trisphosphate receptor molecules in bovine cerebellar Purkinja cells as studied by quick-freeze deep-etchelectron microscopy" The EMBO Journal. 15. 4844-4851 (1996)
• [Publications] 片山栄作: "『膜輸送蛋白研究法の進歩と新たな展開』電子顕微鏡法" 日本臨床. 54. 718-723 (1996)
• [Publications] 片山栄作: "『分子のかたちを見る』電子顕微鏡による分子観察" 細胞工学. 16. 121-130 (1997)
• [Publications] 片山栄作: "細胞膜内におけるべん毛モータの立体構造" 生物物理. 37(印刷中). (1997)
• [Publications] E.Katayama: "Current methods inmuscle physiology-Advantages,Problems and limitations" Oxford University Press(H.Sugi ed.)(印刷中), (1997)