2018 Fiscal Year Research-status Report
The mechanism for severging of F-actin by gelsolin-like protein
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17K07373
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| Research Institution | Tokai Gakuin University |
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Principal Investigator |
小田 俊郎 東海学院大学, 健康福祉学部, 教授(移行) (20321739)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 郁子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10742075)
武田 修一 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (50509081)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アクチン / フラグミン / ゲルゾリン / 動力学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はゲルゾリンファミリーに属するフラグミンがアクチン線維を切断する機構を解明することであり、フラグミンの切断能が保持される機能単位、Caイオンの切断制御機構、切断プロセスの同定等の課題に取り組んでいる。昨年度は、機能単位の同定に関してN末端部位欠損変異体を用いた解析を行ったが、本年度はCaイオンの切断制御機構の同定に進展が見られた。我々が解明したアクチン４個フラグミン２個から構成される複合体の結晶構造（４A2F）を詳細に検討した。この複合体はアクチン線維の側面にフラグミンのF2F3が結合し、さらに、B端にF１部位が結合した状態と解釈できる。この複合体にみられる7個のCa結合部位を、アクチンとフラグミンの分子間サイトとフラグミン分子内サイトに分類した。ゲルゾリンのフラグミン相当部位G1G2G3はCaによる制御を受けないので、G1G2G3-アクチン複合体の結晶構造と比較することより、フラグミンのCa切断能制御を担うサイトを同定した。
アクチン線維の切断は、フラグミンにより誘起されるアクチン分子の構造変化のために、アクチン間結合に不具合が生じると考えている。昨年度は、アクチンの結晶構造がO型、G型、F型、C型の４つの型に分類されることを示し、アクチン分子全体の構造変化空間を同定した。本年は、アクチン線維内に取り込まれたとき起こる局所的な構造変化を同定した。Dループと結合するWループに局所的特異的構造変化が同定され、Dループにより誘起されることがわかった。この変化と線維の安定性について検討している。また、アクチン線維にフラグミンが結合するプロセスをMDシミュレーションするために、MDに耐える原子構造が必要である。このため、4A2Fのアクチン分子並びを詳細に同定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究の概要」で述べた、フラグミンによるアクチン線維切断能のCa制御に関する成果を、Journal of muscle research and cell motilityに投稿中であり、さらに、変異体を用いたTIRF実験等を進めている また、アクチン分子形状の分類は、Journal of molecular biologyに投稿し、現在、revisionの段階である。分類の正当性を示す統計やMDシミュレーションの長さなどが査読者より指摘されたが、十分な応答を行い、近日中に修正原稿を再投稿する予定である。研究も２年目となり、この科研費による成果も出始めたので、おおむね順調に進んでいるとした。
また、N末端欠損フラグミンの結果も投稿したいと考えている。フラグミンのアクチン線維切断プロセスシミュレーションのための、もっとも妥当な原子構造の構築を進んでいるが、完成していない。現在構築した5個のアクチン分子からなるアクチン線維はMD（100ns）で、線維のらせん対称性を保持できていない。この点は早急に対処すべきと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
「研究の概要」で述べた、フラグミンによるアクチン線維切断能では、アクチン線維を切断しないF2F3複合体を用いて、アクチン線維への結合という観点から研究を推進した。我々は、この結合がフラグミンよるアクチン線維切断プロセスの第一段階と考えているが、その先のプロセスでCaがどのような役割をしているか不明である。それに続く切断プロセスでの役割を検討するために、Ca結合サイトを壊した変異体とTIRF顕微鏡を用いた切断能の測定に進む。また、フラグミンの切断能が保持される機能単位に関する研究も推進する。
フラグミンのアクチン線維切断プロセスシミュレーションのためのアクチン線維の原子構造モデルの構築を推進する。本科研費で購入したWorkstation（１GPU＋１Xenon）は、単量体アクチンのMDには十分であったが、5個のアクチン分子からなる線維モデルのMD(100ns)には２週間以上かかる。本システムでアクチン線維に関するMDを行うのは不効率であると考え、分子科学研究所の計算機センターと名古屋大学の計算機センターに利用申請を行い、利用の許可を得ている。現在、接続環境の整備も終えている。アクチン線維モデルの妥当性の検証が済み次第、線維とフラグミンとの相互作用シミュレーションに進む。また、切断のトイモデルを考案し、粗視化して、切断のプロセスを検討する。
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| Causes of Carryover |
引き続き、全反射顕微鏡用レーザーの購入に関して検討している。また、研究分担者で藤原が名古屋工業大学から大阪市立大学に転出するため、引っ越し等により、研究活動が中断すた時期があり、研究費を次年度に持ち越すこととなった。研究自体は順調に進んでおり、計画に従って支出する予定である。
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[Presentation] Atomic resolution structures of F‐form actin: mutual switching between G/F transition and ATPase2018
Author(s)
Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Toshiro Oda, Nobuhisa Watanabe, Takayuki Nagae, Motonori Ota, Ryotaro Koike, Kei Moritsugu, Yusuke Kanematsu, Ikuko Fujiwara, Kotaro Tanaka, Yuichiro Maéda
Organizer
The 47th European muscle conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] The structure of F-form actin at atomic resolutions: mutual switching between polymorphic transition and ATPase2018
Author(s)
Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Toshiro Oda, Nobuhisa Watanabe, Y, Takayuki Nagae, Motonori Ota, Ryotaro Koike, Kei Moritsugu, Yusuke Kanematsu, Ikuko Fujiwara, Kotaro Tanaka, Yuichiro Maéda
Organizer
Myofilament conference 2018
Int'l Joint Research
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