2019 Fiscal Year Annual Research Report
Motile mechanism of axonemal dynein studied using the dynein-microtubule-DNA-origami complex
| Project/Area Number |
16K07332
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
広瀬 恵子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90357872)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2020-03-31
|
| Keywords | 分子モーター / 微小管 / 鞭毛・繊毛 / 電子顕微鏡 / DNA折り紙 / 光ピンセット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
軸糸外腕ダイニン分子は、微小管上に規則的に結合し、鞭毛・繊毛の周期的屈曲運動に働くが、その制御のしくみは明らかでない。本研究では外腕ダイニン分子と微小管の複合体を作成し、微小管同士を架橋する構造を付加することにより運動中の複合体の解離を防ぎ、複合体の運動を光ピンセット法で計測するとともに、構造を急速凍結して電子顕微鏡観察できるような系を構築した。
まず、クラミドモナス鞭毛から抽出した軸糸外腕ダイニンをin vitroで重合した微小管に結合させ、二本の微小管の間にダイニンが規則的に並んだ複合体を作成した。二本の微小管を架橋するダイニンには、ストーク先端の微小管結合部位がどちらの微小管に結合するかにより二種類の向きがあることを電子顕微鏡観察で確認した。微小管の極性が揃っている時、これらのダイニンは逆向きに力を発生することが予想される。
次に、力発生時に微小管が滑り合って複合体が解離するのを防ぐため、微小管同士を架橋する構造として長さ約80 nmのロッド状のDNA折り紙構造体を作成し、リンカーを介して複合体に結合させた。架橋した複合体をcaged ATPの光分解によって活性化した。ATPが放出されて微小管同士が滑り合うと、DNA折り紙ロッドが傾きリンカーが引き伸ばされる。リンカーの構造から、微小管同士の最大滑り距離は200 nm以下と予想された。
DNA折り紙で架橋したダイニン・微小管複合体の運動を、光ピンセット法で調べた結果、多くの複合体が自律振動的な往復運動を示すことがわかった。往復運動の振幅と振動数は、平均約40 nmと40 Hzであった。往復運動における前進運動と後退運動はどちらも7-8 nmのステップ状の変位を示した。これらの結果は、微小管、ダイニン、架橋構造の３者から成る単純な系で鞭毛・繊毛運動の基本である振動運動が起こることを示した。
|
