磁場を用いたin vitro再構成運動系における超微小張力の制御実験

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08454268
• Research Institution: KOBE UNIVERSITY
• Principal Investigator: 土屋 禎三 神戸大学, 理学部, 教授 (30091036)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長濱 辰文 神戸大学, 理学部, 助教授 (70145001)
• Keywords: 筋収縮 / 微小張力測定 / 磁場 / in vitro運動系

Research Abstract

近年における筋収縮研究においては、従来互いにほぼ独立に発展してきた生理学的研究方法と生化学的研究方法が融合し、運動タンパク質であるミオシン1分子の超微小張力をピコニュートン(PN,10^<-10>g)の精度で、それに伴う超微小変位をナノメータ(nm,10^<-9>m)の精度で測定可能になってきた。本研究はこのような背景の下にミオシンとアクチン相互作用のダイナミクスを知るため、ミオシンを付着させた微小磁性体を強力な磁場におき、その強度を変化させ再構成運動系での力制御実験をめざし、まず強力な磁場発生装置の設計、製作を行った。直径2-5μmの微小磁性体ビーズにミオシン分子を付着させアクチン繊維上を移動する場合にどの程度の張力を発生するか遠心顕微鏡を用い測定した。移動しているビーズが遠心力により停止する荷重は最大約50pNであった。これに必要な磁場は計算によると5000エールステッド程度である、それ以上の磁場をコイルに電流を流し発生させなければならない。何回かの試作の後8000エールステッドの磁場を発生させる電磁石を作る事に成功した。この磁場発生装置は電源部、磁界発生部からなり、電源部では直流6Vで電流を0-120Aの範囲で連続変化が可能であり、それによる磁界発生部における発生磁界は200-8000エールステッドの強さで連続変化が可能であった。試作中もっとも困難を伴ったのは大電流に伴う熱発生であるが、これは中空コイルの内部に冷却水を循環させることで解決された。この研究においては、装置作成に時間を取られ、実験そのものを行う時間は限られてたが、車軸藻節間細胞内のアクチンと磁性体付着ミオシン間で発生する運動において、磁場強度を変化させ、加重-速度関係を測定するのに成功した。

Research Products

• [Publications] Edman & Tsuchiya: "Strain of passive elements during force enhancement by stretch in frog muscle fibre." J. Physiology (London). 490:1. 191-205 (1996)
• [Publications] Ishii, Tsuchiya & Sugi: "An in bitro motility assay system retaining the steady state force-velocity characteristic of muscle fibers under positive and negative loads" Bioch. Bioph. Acta. 1319. 155-162 (1997)
• [Publications] Sugi & Tsuchiya: "Current methods in muscle physiology : advandages, ploblems and limitations" Elsevier, 376 (1998)