タンパク質機能の1分子デザインとシステム構築

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14002008
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 石渡 信一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10130866)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 船津 高志 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 教授 (00190124)
• Keywords: 生体分子モーター / 1分子蛍光イメージング / アクチン / 光ピンセット / ナノバイオロジー / ナノ筋収縮系 / シャペロニン / バイオナノゲージ

Research Abstract

高時間・高空間分解能をもつ顕微解析装置を企業と協力して組み上げた。これを用いて、ミオシンVやキネシンといったProcessive分子モーターの1分子結合力の計測や、ATP存在下での1分子ステップ状運動を、nm・サブpN精度で精密解析する研究に応用した。
主な研究成果は、1)昨年度ミオシンV分子モーターが24nmと12nmのサブステップを踏んでいることを明らかにしたが、その後Yale大学のE.De La Cruz博士らとBDMの作用を明らかにしたことで、サブステップとATP加水分解ステップとの対応を解明し、歩行メカニズムについて新しいモデルを提出した(改訂論文投稿中)。2)多分子モーター系の特徴であるSPOC(自励振動)現象の分子メカニズムを解明するために、蛍光ラベルしたトロポニンを筋原線維に導入して蛍光顕微画像解析を行い、振動に伴う状態変化を捉えた。一方、SPOC中に鋸波状に振動する筋節の外力応答性を調べ、伸長直後よりも短縮するほどに外力応答性が高まることを明らかにした。3)バイオナノゲージについて、蛍光性ATPアナログを導入することによってアクチンフィラメントと微小管の蛍光画像化に成功、遺伝子組換えアクチンの作成もできたことから具体的な検索を開始した。4)ミクロン領域の温度を0.1℃の精度で計測する技術を、ロシアから招いた研究員とともに開発した(論文投稿中)。有力な顕微計測技術の一つとして活用できる。5)蛍光標識した1個の生体分子を2msの時間分解能でイメージングできる共焦点顕微鏡システムを開発した。また、6)蛍光標識分子間の結合・解離のダイナミクスを調べるために100〜300nmの微小開口中て1分子蛍光イメージングする新しい手法を開発した。これにより、従来よりも千倍の高濃度(数十μM)で弱い生体分子間相互作用を1分子イメージングできるようになった。

Research Products

• [Publications] Kawaguchi, K., Uemura, S., Ishiwata, S.: "Equilibrium and transition between single- and double-headed binding of kinesin as revealed by single-molecule mechanics."Biophys.J.. 84. 1103-1113 (2003)
• [Publications] Uemura, S., Ishiwata, S.: "Loading direction regulates the affinity of ADP for kinesin."Nature Structural Biology. 10. 308-311 (2003)
• [Publications] Fujita, H., Lu, X., Suzuki, M., Ishiwata, S., Kawai, M.: "The effect of tropomyosin on isometric tension and the elementary steps of the cross-bridge cycle."J.Physiol. (in press)(未定). (2004)
• [Publications] Hattori, A., Moriguchi, H., Ishiwata, S., Yasuda, K.: "A 1480/1064 nm dual wavelength photo-thermal etching system for non-contactthree-dimensional microstructure generation into agar microculture chip."Sensors & Actuators B.. (in press)(未定). (2004)
• [Publications] 上野太郎, 多田隈尚史, 船津高志: "シャペロニン機能の1分子蛍光イメージング"センサマイクロマシーン準部門誌. 123・4. 107-111 (2003)
• [Publications] 船津高志: "単一分子計測とバイオフォトニクス"応用物理. 72・6. 727-730 (2003)
• [Publications] 多田隈尚史, 船津高志, 谷時雄: "MRNA核外輸送の可視化"蛋白質核酸酵素. 48. 421-429 (2003)
• [Publications] Zhang, G., Tanii, T., Zako, T., Funatsu, T., Ohdomari, I.: "The immobilization of DNA on microstructured patterns fabricated by maskless lithography."Sensors and Actuators B.. 97. 243-248 (2004)
• [Publications] Zhang, G.-J., Tanii, T., Funatsu, T., Ohdomari, I.: "Patterning of DNA nanostructures on silicon surface by electron beam lithography of self-assembled monolayer."Chem Comm.. (in press)(未定). (2004)
• [Publications] 島本勇太, 鈴木団, 石渡信一: "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"NTS. 574-580 (2004)
• [Publications] Suzuki, M., Ishiwata, S.: "In Reflexive polymers and hydrogels : Understanding and designing fast-responsive polymeric systems"CRC Press LLC.(in press). 33-47 (2004)
• [Publications] Kanai, M., Uchida, D., Sugiura, S., Shirasaki, Y.et al.: "PDMS microfluidics devices with PTFE passivated cannels."Micro Total Analysis System.. 429-432 (2003)
• [Publications] Shoji, S., Tashiro, K., Sekiguchi, T., Sato, H.et al.: "Lab-on-a-Chip. Miniaturized Systems for (Bio) Chemical Analysis and Systhesis."Elsevier B.V.. 205-214 (2003)
• [Publications] 多田隈尚史, 船津高志: "ナノテクノロジーハンドブック(I〜IV)"オーム社. 94-99 (2003)
• [Publications] 船津高志: "ナノテクノロジー基礎シリーズ バイオナノテクノロジー"オーム社. 222 (2003)
• [Publications] 多田隈尚史, 座古保, 船津高志: "ナノバイオテクノロジー最前線"シーエムシー出版. 371-379 (2003)
• [Publications] 上野太郎, 多田隈尚史, 船津高志: "細胞における蛋白質の一生"共立出版(印刷中). (2004)