2018 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental and theoretical studies on function of single and multiple molecules
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16H04773
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
樋口 秀男 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90165093)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茅 元司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00422098)
佐々木 一夫 東北大学, 工学研究科, 教授 (50205837)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | キネシン / ミオシン / ステップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
広い負荷の領域でキネシンがどのように運動するのかを明らかにするために光ピンセットの技術を用いてナノ計測を行った。近赤外レーザーを集光することによって、キネシンが結合した直径200nm のポリスチレン粒子を捕捉して-20pN 45pN の負荷をかけたときの粒子の変位・速度を計測した。粒子へ照射した赤レーザーの暗視野像を四分割ダイオードに投影することで、1nm, 0.1s の時空間分解能でキネシンのステップ運動を計測することが可能となった。研究の結果、キネシンの運動速度は力に対して指数関数的に変化することが明らかとなった。-20 ~ -5pN の負荷をかけたとき、キネシンは無負荷のときよりも早く運動し、負荷が大きくなるにつれて速度が減少する。7pN で運動速度が0 となり、それよりも大きな負荷では反対方向に運動し始めた。さらに、非常に高い分解能を持つ装置を作製したことで、これまで観察されていなかった1ms 以下の高速ステップが見つかった。本研究では、こうした実験結果と矛盾しないキネシンの運動モデルを提案する。このモデルは、双頭分子モーターの統一モデルとも一致した。本研究で得られた結果は、キネシンが力を受けて物質輸送を行う際の運動を理解するのに非常に有用である。
心筋ミオシンの力学的性質が心臓の機能にどのように結びついているのかを調べるために、心筋ミオシン多分子の力学特性に関して光ピンセットを用いて計測した。その結果、心筋ミオシンはアクチンフィラメントをステップ状に変位させていることが判明した。ステップの特徴として、前向きのステップと逆向きのステップの数の比として定義されるstepping ratio を解析したところ、stepping ratio はATP 濃度が減少するに従い上昇している傾向が見られた。骨格筋ミオシンと比較すると、心筋ミオシンのstepping ratioは低負荷では骨格筋より低く、高負荷では高い特徴があった。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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