フォトクロミック分子を利用した光駆動型モーター蛋白の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580677
• Research Institution: Soka University
• Principal Investigator: 丸田 晋策 創価大学, 工学部, 助教授 (40231732)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茶圓 茂 日本大学, 理工学部, 教授 (60142452)
• Keywords: 分子モーター / ミオシン / キネシン / フォトクロミック分子 / 化学修飾 / X線溶液散乱 / 蛍光 / 構造変化

Research Abstract

ATP駆動型分子モーターとしてその機構がよく研究されているミオシンとキネシンのエネルギー変換部位にフォトクロミック分子である架橋性アゾベンゼン誘導体を導入して、光照射によって駆動させるための基礎研究として、光照射で誘導される分子モーターの構造変化を解析した。また分子モーターの運動を制御している蛋白にフォトクロミック分子を導入して光によってその活性を制御することを目的として、分子モーターの変異体の調製を試みた。
1.フォトクロミック分子ABDMのモーター蛋白への導入と光照射で誘導される構造変化の解析
フォトクロミック分子4,4-diiodoacetoamide-azobenzene(DIAAB)を骨格筋ミオシン頭部Subfragment-1(S-1)のエネルギー変換部位である活性システイン残基SH1-SH2領域に特異的に導入した。そして紫外線-可視光線の交互照射によりミオシン頭部に可逆的な全体的構造変化をX線溶液小角散乱を用いて解析した。その結果、紫外線照射により形成されるDIAABのcis型によりミオシン頭部は1Å程度コンパクトな構造に変化することが示された。また可視光線照射でtrans型にらするとnonucleotide状態の本来のS1の構造になることが明らかになった。このことはDIAABのtrans-cisの異性化によりレバーアームが動くことを反映していると考えられる。
2.キネシンのエネルギー変換部位へのシステインの導入
キネシンの特徴的なループL5がキネシンの運動速度と方向性に強く関係している可能性が示唆されているので、L5に2つのシステインを導入したキネシンのcDNAを調製した。そして大腸菌を用いて発現させることに成功した。今後フォトクロミック分子DIAABやABDMを架橋させて光でキネシンを運動させることを試みる予定である。

Research Products

• [Publications] Komaba, S., Inoue, A., Maruta, S., Hosoya, H., Ikebe, _M.: "Determination of Human Myosin III as a Motor Protein Having a Protein Kinase Activity"J.Biol.Chem.. 278. 21352-21360 (2003)
• [Publications] E.Katayama, N.Ichise, N.Yaeguchi, T.Yoshizawa, S.Maruta, N.Baba: "Three-dimensional structural analysis of individual myosin heads undervarious functional states"Adv.in Exp.Med. and Biol.. 538. 295-304 (2004)