生物分子モーターの1分子計測と1分子操作

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09279104
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 木下 一彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30124366)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 嶋本 伸雄 国立遺伝学研究所, 構造遺伝学研究センター, 教授 (20127658) ; 上田 太郎 工業技術院, 産業技術融合領域研究所, 主任研究官 ; 上村 慎治 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (90177585) ; 大岩 和弘 郵政省通信総合研究所関西先端研究センター, 生体物性研究室長(研 ; 柳田 敏雄 大阪大学, 医学部, 教授 (30089883)
• Keywords: ミオシン / アクチン / ATP合成酵素 / ダイニン / trpリプレッサー / 光学顕微鏡 / 蛍光 / 光ピンセット

Research Abstract

昨年度に、ATP合成酵素の1部であるF_1-ATPaseがたった1分子でそのまま回転モーターであることを示した。本年度はさらに、この直径わずか10nmの分子モーターが、その3回対称の構造から予想されるように、120度おきにステップするステッパーモーターであることを示した。各ステップは1分子のATPの加水分解により駆動され、力学的仕事へのエネルギー変換は、ほぼ100%に達し得る。(木下)
ミオシン分子の頭部1個をガラスニードル先端に固定し、アクチンとの相互作用による滑り運動を高時間・空間分解能で測定した結果、1回のATP加水分解による変位が、5.3nmのサブステップ2から5個で構成されていることが明らかになった。ATP分解の化学反応とアクトミオシンの力学反応の共役がルースであることを示す。(柳田)
モーター蛋白質の単一分子反応計測のために、蛍光性ATPアナログを新たに開発し、モーター蛋白質(ミオシン)の基質としての特性を明らかにした。また、従来使われてきたアナログによるダイニンモーターの単一分子反応計測の可能性を示した。(大岩)
光学顕微鏡下の精密位置計測とcagedATP分解による運動トリガーを同時に可能とする装置を作成し、ウニ精子鞭毛運動の化学・力学結合について解析した。2つのダイニン・ADP状態の存在を強く示唆する新知見を得た。(上村)
粘菌ミオシン分子モーターの軽鎖リン酸化によるスイッチ機構は、フィラメント重合が必要であることを示した。これはすでによく研究されている平滑筋ミオシンとは全く異なる結果であり、新奇な制御機構の存在が示唆された。(上田)
大腸菌trpリプレッサーは、DNA上のスライディングによりオペレーターへの親和性を高める(親和性がDNA長とともに一万倍上昇する)ことを示した。この機構により、細胞内のたんぱく質のコピー数を節約できることになる。(嶋本)

Research Products

• [Publications] Yasuyuki Kato-Yamada: "Direct observation of the rotation of ε subunit in F1-ATPase." J.Biol.Chem.273. 19375-19377 (1998)
• [Publications] Takumi Watanabe: "Synthesis of fluorescent substartes for protein tyrosine phosphatas assays" Bioorg.Med.Chem.Lett.8. 1301-1302 (1998)
• [Publications] Ryohei Yasuda: "F1-ATPase is a highly efficient molecular motor that rotates with discrete 120ﾟ steps." Cell. 93. 1117-1124 (1998)
• [Publications] Kazuhiko Kinosita,Jr.: "F1-ATPase:A rotary motor made of a single molecule." Cell. 93. 21-24 (1998)
• [Publications] K.Kitamura: "A single myosin head moves along an actin filament with regular steps of 5.3nm." Nature. 397. 129-134 (1999)
• [Publications] H.Tanaka: "Orientation dependence of displacements by a single one-headed myosin relative to the actin filament." Biophys.J.75. 1886-1894 (1998)
• [Publications] K.Oiwa: "Direct observation of a central bare zone in a native thick filament isolated from the anterior byssus retractor muscle of Mytilus edulis using fluorescent ATP analog" J.Biochem.123. 614-618 (1998)
• [Publications] A.Yamada: "Unidirectional movement of fluorescent microtubules on rows of dynein arms of disintegrated axonemes." J.Cell Sci.111. 93-98 (1998)
• [Publications] S.Koyama: "Lowered sperm motility in subordinate social status of mice." Physiol.Behav.65. 665-669 (1999)
• [Publications] T.Tani: "Reactivation of sea-urchin sperm flagella induced by rapid photolysis of caged ATP." J.exp.Biol.201. 1493-1503 (1998)
• [Publications] Kohji Ito: "Cooperativity between two heads of dictryostelium myosin II in in vitro motility and ATP hydrolysis." Biophysical Journal,in press.
• [Publications] Xiong Liu: "Filament structure as an essential factor for regulation of dictyostelium myosin by regulatory light chain phosphorylation." Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 95. 14124-14129 (1998)
• [Publications] H.Nagai: "Most conserved regions of the E.coli primary sigma factor are involved in interaction with RNA polymerase core enzyme." Gene.Cells. 2. 725-734 (1998)
• [Publications] R.Sen: "Reduction in abortive transcription from the lambda PR promoter by mutations in regions 3 of the sigma-70 subunit of E.coli RNA polymerase." J.Biol.Chem.273. 9872-9877 (1998)
• [Publications] N.Shimamoto: "Efficient solubilization of proteins overproduced as inclusion bodies by use of an extreme concentration of glycerol." Tech.Tips Online t01576. (1998)