高速原子間力顕微鏡による脚の短いプロセッシブミオシンの運動メカニズムの解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24770149
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 古寺 哲幸 金沢大学, バイオAFM先端研究センター, 准教授 (30584635)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: ミオシン / アクチン / 一分子計測・操作 / モータータンパク質 / 原子間力顕微鏡 / 生物物理学

Outline of Annual Research Achievements

ミオシン6とミオシン10は、細胞内で小胞輸送や、特定の構造を保持するためのアンカーとして機能しているミオシンである。これらのミオシンは脚が短いにも関わらず、アクチン繊維上を大きな歩幅でプロセッシブ運動できることが報告されている。しかし、それらがアクチン繊維と相互作用しているときの明瞭な構造証拠は得られていない。そこで、本研究では高速原子間力顕微鏡を用いて、運動中のミオシン6と10の構造形態変化を直接観察することで、その構造的証拠を提出し、それぞれのミオシンの機能メカニズムを詳細に解明する課題に取り組んだ。
結果、どちらのミオシンにおいてもアクチン繊維に沿って、大きな歩幅で動いたり、小さな歩幅で動いたりする様子をビデオ撮影することに成功した。ここで、大きな歩幅は、これまで報告されているSAH(single alpha helixの略)ドメインと矛盾しない形状を持った部位で実現されていることを直接可視化した。この成果は、当該分野において、アクチン繊維と結合しているこれらのミオシンの姿が詳細に得られていない中で、画期的な成果といえる。また、どちらのミオシンも、脚の長いプロセッシブなミオシン5よりも頻繁に前足が解離し、イレギュラーな運動を起こしやすかった。これは、ミオシン6や10では、2つの足が柔らかいSAHドメインでつなげられているために、分子内張力による2つの足のキネティクスの非対称性の度合いが低くなっているためだと考察された。このことは、従来の生物物理学的手法で予想されていたが、ここではそれを説明する構造証拠を得ることができた。また、ミオシン10においては、ファシンでバンドル化したアクチン繊維上（生体内で機能している環境に近い）を運動する様子も観察することにも成功した。現在これらの内容をまとめた論文を執筆中である。

Research Products

• [Journal Article] CYK4 Promotes Antiparallel Microtubule Bundling by Optimizing MKLP1 Neck Conformation (2015)
  • Author(s): Davies, T., Kodera, N., Kaminski Schierle, G.S., Rees, E., Erdelyi, M., Kaminski, C.F., Ando, T., and Mishima, M.
  • Journal Title: PLoS biology Volume: 13 Pages: e1002121
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.1002121
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cofilin-induced unidirectional cooperative conformational changes in actin filaments revealed by high-speed atomic force microscopy (2015)
  • Author(s): Ngo, K.X., Kodera, N., Katayama, E., Ando, T., and Uyeda, T.Q.
  • Journal Title: eLife Volume: 4 Pages: e04806
  • DOI: 10.7554/eLife.04806
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two-Ball Structure of the Flagellar Hook-Length Control Protein FliK as Revealed by High-Speed Atomic Force Microscopy (2015)
  • Author(s): Kodera, N., Uchida, K., Ando, T., and Aizawa, S.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 427 Pages: 406-414
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2014.11.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The path to visualization of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy (2014)
  • Author(s): Kodera, N., and Ando, T.
  • Journal Title: Biophysical Reviews Volume: 6 Pages: 237-260
  • DOI: 10.1007/s12551-014-0141-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] IgGs are made for walking on bacterial and viral surfaces (2014)
  • Author(s): Preiner, J., Kodera, N., Tang, J., Ebner, A., Brameshuber, M., Blaas, D., Gelbmann, N., Gruber, H.J., Ando, T., and Hinterdorfer, P.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Pages: 4394
  • DOI: 10.1038/ncomms5394
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiple interactions of the intrinsically disordered region between the helicase and nuclease domains of the archaeal Hef protein (2014)
  • Author(s): Ishino, S., Yamagami, T., Kitamura, M., Kodera, N., Mori, T., Sugiyama, S., Ando, T., Goda, N., Tenno, T., Hiroaki, H., and Ishino, Y.
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Pages: 21627-21639
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.554998
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高速原子間力顕微鏡による生体分子のナノ動態撮影 (2014)
  • Author(s): 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • Journal Title: 日本物理学会誌 Volume: 69 Pages: 459-464
  • Open Access
• [Presentation] 液中ナノメートル世界をビデオ撮影できる高速原子間力顕微鏡 (2015)
  • Author(s): 古寺哲幸
  • Organizer: 大阪市立大学大学院理学研究科/理学部 生物学科 Seminar series
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2015-02-13 – 2015-02-13
  • Invited
• [Presentation] ATP非存在下で機械的刺激に誘起されて起こるミオシンVの一方向性運動 (2015)
  • Author(s): 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • Organizer: 2015年生体運動合同班会議
  • Place of Presentation: 学習院大学
  • Year and Date: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [Presentation] 高速AFMの開発とバイオへの応用 (2014)
  • Author(s): 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • Organizer: 日本学術振興会「先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会」平成２６年度第5回研究会「先端ナノ計測技術と材料」
  • Place of Presentation: 早稲田大学研究開発センター
  • Year and Date: 2014-11-14 – 2014-11-14
  • Invited
• [Presentation] ATP-less walking of myosin V on actin filaments (2014)
  • Author(s): Kodera, N., Uchihashi, T., and Ando, T
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Real time imaging of collagenase behavior by high speed atomic force microscopy (2014)
  • Author(s): Nakayama, T., Kodera, N., Konno, H., and Ando, T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Cofilin-induced unidirectional cooperative conformational changes of actin filaments visualized by high speed atomic force microscopy (2014)
  • Author(s): Ngo, KX., Kodera, N., Katayama, E., Nagasaki, A., Ando, T., and Uyeda, TQP.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Direct observation of functioning myosin VI by high-speed AFM (2014)
  • Author(s): Sano, S., Kodera, N., Safer, D., Sweeney, L., and Ando, T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] An analysis of cooperative binding of myosin to F-actin using high-speed atomic force microscope and fluorescence microscopy (2014)
  • Author(s): Ueno, H., Nishikawa, Y., Ainai, A., Hirakawa, R., Yoshino, A., Kodera, N., Uyeda, TQP., and Tokuraku, K.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] High-speed AFM observation of structure and function of MukB (2014)
  • Author(s): Yagi, K., Yano, K., Kodera, N., Niki, H., and Ando, T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Real-Time Observation of DNA Digestion by RecBCD with High-Speed Atomic Force Microscopy (2014)
  • Author(s): Zhao, W., Handa, N., Moriguchi, Y., Kowalczykowski, S., Kodera, N., and Ando, T.
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] High-speed Atomic Force Microscopy for Nano-visualization of Dynamic Processes (2014)
  • Author(s): Ando, T., Uchihashi, T., and Kodera, N.
  • Organizer: NC-AFM2014
  • Place of Presentation: Tukuba, Japan
  • Year and Date: 2014-08-04 – 2014-08-08
  • Invited
• [Presentation] ATP-less movement of myosin V (2014)
  • Author(s): Kodera, N., Uchihashi, T., and Ando, T.
  • Organizer: Gordon Research Conferences, Muscle & Molecular Motors, Resolving the Molecular Mechanisms of Contractile Biology
  • Place of Presentation: Mount Snow Resort, West Dover, VT, USA
  • Year and Date: 2014-07-06 – 2014-07-16
• [Presentation] 新規高速AFM走査モードで解明するミオシンVの化学-力学エネルギー変換機構 (2014)
  • Author(s): 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア
  • Year and Date: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • Invited
• [Book] Atomic Force Microscopy in Nanobiology (2014)
  • Author(s): Uchihashi, T., Kodera, N., and Ando, T.
  • Total Pages: 437
  • Publisher: Pan Stanford Publishing
• [Remarks] 金沢大学生物物理学研究室
  • URL: http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index.htm
• [Remarks] 金沢大学理工研究域バイオAFM先端研究センター
  • URL: http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/bioafm_center/index.htm
• [Remarks] 金沢大学研究者情報
  • URL: http://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail.php?id=3403&page=1&search=1&keyword=Kodera&andor=AND&tgt1=1&tgt2=&tgt3=&tgt4=
• [Remarks] 金沢大学理工研究域テニュア・トラック教員紹介ページ
  • URL: http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/tenure/staff/kodera.html