2013 Fiscal Year Research-status Report

微小電場により誘導されるバイオモーター素子の変調と集積化

Research Project

Project/Area Number	25390041
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	羽鳥晋由山形大学, 理工学研究科, 准教授 (00283036)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	アクトミオシン / モータータンパク質 / ITO基盤
Research Abstract	生体分子モーターであるミオシンとアクチンによる運動系を用いた微小輸送システムの構築を目指す．ガラス基盤上にミオシン分子を固定した後，アクチンフィラメントとアデノシン三リン酸を加えることで，アクチンフィラメントの極性に従って一方向の運動を発生させることができる．但し，この運動では個々のフィラメントの方向が無秩序であるために，実効的な物質輸送を困難にしている．本研究では，この運動方向を制御する手段として電気的な応答を試みる．そして，透明性の導電体を用いることで顕微鏡下での直接的な観察を特徴とする．本年度はガラス基盤表面を導電処理し，そこに電圧を印加することで，電流直下でのアクチン・ミオシン運動の応答性を調べた．導電処理として導電性高分子PEDOT/DSSを塗布した場合とITO膜の場合について行った．PEDOT/DSSでは，ミオシン固定そしてアクチンフィラメントの運動を観察することができた．しかし，水溶液中において電気伝導度が著しく低下した．様々な固定剤を用いたが伝導度の低下を改善させることができなかった．ITO膜では，アクチンフィラメントの運動を発生させること，そして観察することができた．電圧の印加（電流下）によってガラス基盤の温度が上昇すると共に，アクチンフィラメントの運動速度も増加した．このとき温度と速度の関係はアレニウスの式に従い，活性化エネルギーを見積もることができた．一方で，運動方向が電流方向に依存することは確認できなかった．結論として，運動方向の制御には至っていないが，基盤を直接的に過熱する手法でアクチンフィラメントの速度を変化させることができることが確認された．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究目的のひとつであるアクチンフィラメントの運動方向の制御には至っていない．一方で，ITO基盤上でのミオシン・アクチン運動システムの構築が可能であることや，電圧印加による運動特性の変化を把握できた．さらに，物質輸送に関して新しい知見が得られた．生体由来では無い微小物体として，正電荷が付加されたポリスチレン製の直径1マイクロメートルのビーズを用いたとき，それとアクチンフィラメントを混合することで，このビーズをミオシン基盤上で運動させることができた．この運動様式は，単一アクチンフィラメントの場合に比べて直進性が高かった．加えて，モノマーアクチンとビーズを混合した後に，アクチンをフィラメント化したときが最も速度と直進性が高かった．塩化カリウム濃度が75 mMまでの範囲でビーズ輸送が可能であった．これにより，今後電場による方向制御と組み合わせることで，目的場所への適切な物質輸送が期待できる．
Strategy for Future Research Activity	二電極間での電圧印加を行い，電場におけるミオシン・アクチン運動制御の可能性を探る．サブミリメートルまで電極間隙を狭めた上で，電圧と運動方向との関係を明らかにする．さらにパルス的に電圧印加をした場合の運動方向の応答性を調べる．一方で，アクチンフィラメントに人工的に誘電体を付加した場合に，電場応答性が変調するかどうかも調べる．さらにアクチンフィラメントに物体（例えばPEG）を結合させたとき，どの程度の大きさの物体まで付加して運動が可能であるのかを明らかにする．
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	研究遂行のための実験室環境（室温制御）の不備が発生し，実験環境温度を整えるための設備が必要となった．年度中での取り付けが不可能だったことにより，次年度に設置にするための予算を確保した．４月中に実験室（顕微鏡を使用する）に研究用空調機を取り付ける予定（３５万円程度）．