タンパク質の分子機能動態及び場のリアルタイムイメージングを目指して

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14654071
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 安藤 敏夫 金沢大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (50184320)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / AFM / 高速AFM / リアルタイムイメージング / ナノバイオロジー / モータータンパク質 / 走査型プローブ顕微鏡 / ナノ動態

Research Abstract

我々が世界に先駆けて開発した高速原子間力顕微鏡をタンパク質などの生体高分子の機能ナノ動態撮影に実用化する上で障害となる装置上の問題点を発見・解決するとともに、特定の試料対象に対してその基板への固定法などを開発し、高速原子間力顕微鏡をタンパク質の新しい研究手段にすることを本研究は目指している。対象試料をモータータンパク質系に絞って研究を進めてきた。モータータンパク質(ダイニンC、ミオシンV)が単独に在る場合には、マイカ表面を改変せず、また、溶液条件を特別なものにしなくとも、これらの蛋白質は緩やかにマイカ表面に吸着し、分子内のかなりの部分がマイカ表面から自由であった。従って、ATPase反応にともなう構造変化を比較的容易にイメージングできた。ダイニンCでは、ストークとヘッド部はATPの影響が見られないのに対して、ステム部はATP存在下で2つの位置を行ったり来たりする様子が観察された。その頻度はATPターンオーバー時間にほぼ等しく、ステムの運動がATPase反応に共役していることは明らかである。ミオシンVのATPase活性は極めて低いので、構造形態変化を繰り返し捉えることは難しい。そこで、Caged-ATPに紫外線を照射しATPを放出する前後をイメージングする方法でATPase反応にカップルした構造形態変化を捉えた。紫外線照射後素早く頭部が大きく屈曲し、1-2秒の内にもとのまっすぐな形態に戻った。装置の改良により、ATP存在下でアクチンフィラメントとミオシンVが弱く相互作用する系についても、系を乱すことなく、イメージングすることが可能になった。現在この系に集中して、ミオシンVの動的挙動の研究を進めている。ダイニンCとマイクロチュービュルが共存する系については未だ着手していない。

Research Products

• [Publications] T.Andp, N.Kodera, Y.Naito, T.Kinoshita, K.Furuta, YY.Toyoshima: "A High-speed Atomic Force Microscope for Studying Biological Macromolecules in Action"ChemPhyschem. 4. 1196-1202 (2003)
• [Publications] R.Ishikawa, T.Sakamoto, T.Ando, S.Higashi-Fujime, K.Kohama: "Polarized Actin Bundles Formed by Human Fascin-1:Their Sliding and Disassembly on Myosin II and myosin V in vitro"J.Neurochem.. 87. 676-685 (2003)
• [Publications] 安藤敏夫: "高速原子間力顕微鏡-生体分子のナノダイナミクス撮影"応用物理. 72(10). 1304-1308 (2003)
• [Publications] 安藤敏夫: "モータータンパク質の運動が高速AFMで見えた!"化学. 59(1). 28-29 (2004)
• [Publications] 安藤敏夫, 古寺哲幸: "生体分子のナノ動態撮影-リアルタイムAFM-"バイオインダストリー. (印刷中). (2004)
• [Publications] 安藤敏夫: "生体分子の高速ダイナミクス撮影4章4節(P.395-406)in「ナノバイオロジーの最前線」"シーエムシー出版. 439 (2003)