2021 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge to elucidate the molecular mechanism of memory by single molecule imaging
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20K21122
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
柴田 幹大 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (80631027)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオイメージング / 原子間力顕微鏡 / 記憶・学習 / タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳機能における記憶の形成メカニズムを分子レベルで理解し、解明することは、生命科学において重要な研究課題の１つである。脳神経科学のこれまでの研究から、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（以下, CaMKII）は、薬理学的実験やノックアウトマウスの実験より、神経細胞内の“記憶タンパク質”と推定され、あらゆる研究手法を用いて、その詳細が調べられてきた。特に、記憶形成の細胞基盤といえるLTPの誘導には高頻度のCa2+刺激を積算できる機構が必要であり、CaMKIIがもつ特徴的な12量体構造がその役割を果たすと考えられてきたが、その詳細な分子作動メカニズムは不明であった。本研究は、高速原子間力顕微鏡（以下, 高速AFM）を用い、12量体中の個々のCaMKIIの活性化状態をリアルタイムで可視化することで、“記憶タンパク質”CaMKIIがもつ信号積算（記憶）メカニズムを解明することが目的である。最終年度は、これまで高速AFM観察を適用してきたRat由来のCaMKIIαだけでなく、動物の進化の過程で初期にあるC. elegansやhydra由来のCaMKIIαに対しても高速AFM観察を適用し、動物種間において、多量体の構造に違いがあるのか、キナーゼドメインの運動性に違いがあるのかを調べた。その結果、full phosphorylation状態において、多量体内の構造に大きな違いがあることを見出した。これまでの２年間の結果を統合して、CaMKIIが持つ信号積算分子メカニズムのモデルを提唱し、論文投稿へ至った。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Macrocyclic peptide-conjugated tip for fast and selective molecular recognition imaging by high-speed atomic force microscopy.2021
Author(s)
Leonardo Puppulin*, Daiki Kanayama, Naohiro Terasaka, Katsuya Sakai, Noriyuki Kodera, Kenichi Umeda, Ayumi Sumino, Arin Marchesi, Wei Weilin, Hideo Tanaka, Takeshi Fukuma, Hiroaki Suga, Kunio Matsumoto, & Mikihiro Shibata*
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 13
Pages: 54817-54829
DOI
Peer Reviewed
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