Regulatory roles of the four ATPase sites in the dynein motor domain

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K18514
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 島 知弘 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60631786)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 協同性

Outline of Annual Research Achievements

細胞質ダイニンは、ATPのエネルギーを利用して微小管上を運動するモータータンパク質である。この運動は、細胞分裂・細胞内小器官の位置決定・ウィルスから核に至る種々の小胞の細胞内輸送といった多様な生命現象に深く関与している。ダイニンは1つの重鎖の中に、4箇所のATP結合部位を持つユニークな構造を取っており、これら4箇所でのATP結合がいかにダイニンの運動を制御しているのか、という問題は未だ不明な点が多い。
これまで、研究の進展してこなかった大きな要因として、運動中にダイニンと結合しているATPの数や結合のタイミングを実測できていなかったことが挙げられる。我々はこの問題点を、次世代シーケンサーに採用されている1分子イメージング法のZero-mode waveguide 法(ZMW 法)を用いて解決できた。ZMW 法は直径100 nm ほどの微小穴に局所励起光を照射するため、μMオーダーの蛍光分子が存在しても背景光が劇的に低減した状態で分子の結合・解離を精度よく、しかもミリ秒以下の時間分解能で実測できるものである。
このシステムを用いて計測したところ、１分子のダイニンに複数のATP分子がほぼ同時に結合及び解離する現象が観察され、ATP結合部位の間で協同性があることが示唆された。そこで平成２８年度には、このATP結合部位間での協同性についてさらに計測を進めた。すると、高濃度ATP条件下だけでなく非常に低濃度のATP条件下においても、協同的なATP結合が見られ、ダイニンのATP結合部位間では緊密なATP結合・加水分解サイクルの調整が行われていることを支持する結果を得た。
今後はさらに解析を進め、各ATP結合部位の役割を解明し、雑誌論文等で発表したいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Real-time observation of flexible domain movements in Cas9 (2017)
  • Author(s): Saki Osuka, Kazushi Isomura, Shohei Kajimoto, Tomotaka Komori, Hiroshi Nishimasu, Tomohiro Shima, Osamu Nureki, Sotaro Uemura
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 122069 Pages: 1-36
  • DOI: doi: http://dx.doi.org/10.1101/122069
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A novel function of kinesin-1: changing microtubule conformation that acceleratse successibe kinesin binding (2016)
  • Author(s): Tomohiro Shima, Manatsu Morikawa, Junichi Kaneshiro, Taketoshi Kambara, Shinji Kamimura, Toshiki Yagi, Taro Ichimura, Tomonobu Watanabe, Sotaro Uemura, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa
  • Organizer: American Society for Cell Biology's 56th Annual Meeting
  • Place of Presentation: Moscone convention center (San Fransisco, CA, USA)
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キネシンによる微小管の構造変化 (2016)
  • Author(s): 島知弘、岡田康志
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 （神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-11-30
  • Invited
• [Presentation] Determination of accurate axial tubulin repeat in GDP-microtubules (2016)
  • Author(s): Shinji Kamimura, Hiroshi Imai, Toshiki Yagi, Tomohiro Shima, Yasushi Okada, Hiroyuki Iwamoto
  • Organizer: The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-26 – 2016-11-26
• [Presentation] A novel function of kinesin-1: changing microtubule conformation that acceleratse successibe kinesin binding (2016)
  • Author(s): Tomohiro Shima, Manatsu Morikawa, Junichi Kaneshiro, Taketoshi Kambara, Shinji Kamimura, Toshiki Yagi, Taro Ichimura, Tomonobu Watanabe, Sotaro Uemura, Ryo Nitta, Yasushi Okada, Nobutaka Hirokawa
  • Organizer: The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-25
• [Presentation] Single molecule FRET observation of cytoplasmic dynein’s conformational change (2016)
  • Author(s): Mikiya Sakata, Takuya Kobayashi, Mitsuhiro Sugawa, Tomohiro Shima, Junichiro Yajima, Yoko Y. Toyoshima
  • Organizer: The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-25