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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Exploring of a new molecular motor in archaeal flagella

Research Project

Project/Area Number 15H04364
Research InstitutionGakushuin University

Principal Investigator

西坂 崇之  学習院大学, 理学部, 教授 (40359112)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywordsアーキアべん毛 / アーキアラ / ハロアーキア / IV型分泌装置 / ATP駆動型回転モーター
Outline of Annual Research Achievements

生命科学の未踏の領域である「古細菌(Archaea、アーキア)遊泳の分子メカニズム」を解明するため、1分子計測技術をアーキア回転モーターの研究に応用した。極限環境で生息するアーキアが有するべん毛の根元にある運動装置は、理解が進んでいる真核生物の分子モーターや大腸菌の回転モーターと異なり、ATP駆動による分泌装置がベースとなった独自の運動機構を備えていると考えられている。細菌学のみならず、進化・タンパク質科学・ナノマシンデザインからも注目すべき課題であるはずだが、培養条件や実験の再現性の難しさから、これまでに大きな進展は見られていなかった。
そこで本研究グループでは、運動装置の構造、それが生み出す流体への推進力の定量化、さらには、装置の単位素子が生み出すステップを検出し、新規の分子モーターにおける化学―力学共役の詳細を明らかにした。これらの成果は平成28年度、原著論文として取りまとめることができ、生物物理学の視点からアーキア回転モーターに取り組んだ当該分野における初めての研究となった。
平成30年度では、28年に発表した研究では測定に至らなかった、モーターのエネルギー出力というもっとも重要なパラメータの精密測定に取り組んだ。ガラス面上にアーキア本体を固定し、突き出た一本のアーキアべん毛に蛍光粒子を吸着させ、その軌道を詳細に観察する。粒子の大きさと回転半径、角速度から粘性抗力を詳細に見積もることによって、アーキアモーターがトルク一定型であることを世界で初めて示した。さらに予想されるATPの加水分解のエネルギー(つまりは入力)と一回転で行う仕事との間に矛盾があることを見い出し、ATP駆動型回転モーターにおける新しい普遍的なモデルを提案することに成功した。
4年間における本課題によって生み出された数々の成果を通じて、アーキアモーターという新しい研究分野を開拓することができたといえる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Structural Biology, ASB/ABA meeting, Melbourne2019

    • Author(s)
      Sani Marc-Antoine、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Biophysical Reviews

      Volume: NA Pages: s

    • DOI

      10.1007/s12551-019-00518-1

  • [Journal Article] Single-molecule pull-out manipulation of the shaft of the rotary motor F1-ATPase2019

    • Author(s)
      Naito Tatsuya M.、Masaike Tomoko、Nakane Daisuke、Sugawa Mitsuhiro、Okada Kaoru A.、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: s

    • DOI

      doi:10.1038/s41598-019-43903-2

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characterization of zoospore type IV pili in Actinoplanes missouriensis2019

    • Author(s)
      Kimura Tomohiro、Tezuka Takeaki、Nakane Daisuke、Nishizaka Takayuki、Aizawa Shin-Ichi、Ohnishi Yasuo
    • Journal Title

      Journal of Bacteriology

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      doi:10.1128/JB.00746-18

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Circular orientation fluorescence emitter imaging (COFEI) of rotational motion of motor proteins2018

    • Author(s)
      Sugawa Mitsuhiro、Masaike Tomoko、Mikami Nagisa、Yamaguchi Shin、Shibata Keitaro、Saito Kei、Fujii Fumihiko、Toyoshima Yoko Y.、Nishizaka Takayuki、Yajima Junichiro
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 504 Pages: 709~714

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.08.178

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detailed Analyses of Stall Force Generation in Mycoplasma mobile Gliding2018

    • Author(s)
      Mizutani Masaki、Tulum Isil、Kinosita Yoshiaki、Nishizaka Takayuki、Miyata Makoto
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 114 Pages: 1411~1419

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2018.01.029

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cross-kymography analysis to simultaneously quantify the function and morphology of the archaellum2018

    • Author(s)
      Kinosita Yoshiaki、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 15 Pages: 121~128

    • DOI

      doi:10.2142/biophysico.15.0_121

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Linear motor driven-rotary motion of a membrane-permeabilized ghost in Mycoplasma mobile2018

    • Author(s)
      Kinosita Yoshiaki、Miyata Makoto、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: s

    • DOI

      doi:10.1038/s41598-018-29875-9

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Three-dimensional tracking of microbeads attached to the tip of single isolated tracheal cilia beating under external load2018

    • Author(s)
      Katoh Takanobu A.、Ikegami Koji、Uchida Nariya、Iwase Toshihito、Nakane Daisuke、Masaike Tomoko、Setou Mitsutoshi、Nishizaka Takayuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: s

    • DOI

      10.1038/s41598-018-33846-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Insights into the mechanism of archaellar motor rotation from observation of unexpectedly high torque2018

    • Author(s)
      Nishizaka, T., Iwata, S. & Nakane, D.
    • Organizer
      Asian Biophysics Association Symposium and Annual Meeting of the Australian Society for Biophysics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] APPLICATION OF SINGLE-MOLECULE TECHNIQUES TO SUPRAMOLECULAR MACHINERY IN BACTERIA AND ARCHAEA2018

    • Author(s)
      Nishizaka, T., Iwata, S. & Nakane, D.
    • Organizer
      Les Houches-TSRC Workshop on Protein Dynamics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Discoveries of Novel Motion Mechanisms of Archaea and Bacteria2018

    • Author(s)
      Nishizaka, T.
    • Organizer
      新学術領域 "ゆらぎと構造の協奏" 若手研究会「統計物理学とその周辺」
    • Invited
  • [Presentation] Visualization of Behavior of Virus and Proteins in Planova Membrane Filters Using Advanced Microscope System with Confocal Optics2018

    • Author(s)
      Nishizaka, T.
    • Organizer
      THE 21st PLANOVA WORKSHOP
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2019-12-27  

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