2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26251017
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前田 雄一郎 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10321811)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 哲博 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30360613)
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| Project Period (FY) |
2014-06-27 – 2017-03-31
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| Keywords | アクチン細胞骨格 / 筋肉細い線維 / 蛋白質複合体 / 構造解析 / 電子顕微鏡 / X線結晶構造解析 / 蛋白質相互作用 / 蛋白質構造動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アクチン線維およびそれにトロポミオシン・トロポニンが結合した「筋肉細い線維」複合体の高分解能構造を解明すること、さらにそれを基にして構造動態研究への入り口を探ることである。細胞運動におけるアクチン細胞骨格の動的特性、筋収縮における細い線維の役割を理解するには、アクチン線維と「細い線維」の構造の揺らぎを解明する必要があり、そのためにはそれぞれの複合体全体の原子構造を得る必要がある。具体的には、（課題1）「細い線維」の電子顕微鏡(EM)構造解析、(課題2)長さの揃った「ミニ細い線維」の再構成、（課題3）課題2に資するための、トロポモジュリンによるアクチン・トロポミオシン線維のP端止め構造の解明、（課題4）アクチン重合体のもう一つの状態の解明、の4課題に同時並行的に取り組んできた。
H26年度は、課題1で進展がみられたが、構造の「膨らみ」を形成する蛋白質を同定するための研究手法について試行錯誤があった。結局抗体分子断片を使用することにしたが抗体特性の把握、抗体分子切断法の吟味、などの作業は想定外に困難がともない未だ結実していない。H27年度に入って、課題4の途上で（想定外であったが）アクチン線維の結晶構造解析に成功した。これはアクチン細胞骨格研究分野で長年待たれていたアクチン線維全体の原子構造であり、今後のこの分野の研究の基礎となる。さらにこの構造よりアクチン重合体の構築原理および重合過程について深い理解を得る作業が進行中である。さらにアクチン線維の構築原理の理解にたって、ゲルゾリン系蛋白質によるアクチン線維切断メカニズムの解明、コフィリン系蛋白質によるアクチン線維脱重合促進メカニズムの解明への道が拓かれてきた。課題2および課題3では、トロポモジュリンとアクチン・トロポミオシン繊維の結合を強めることに成功し、「ミニ細い線維」再構成でも進展があった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
課題1, 2, 3については研究期間の残り1年間でそれなりの進展を期待できる。これら課題については部分的に遅れている部分はあるが、概ね当初計画どおりの進展である。課題4については、アクチン線維＝アクチン重合体全体の原子構造の解明に成功した。これは想定外のことであった。この結晶では、アクチン4分子がアクチン線維と同一の位置関係に配列し、その側面にフラグミンというゲルゾリン系のアクチン結合蛋白質2分子が結合してアクチン4分子を束ねている。アクチンは単量体(Gアクチン）が重合して重合体（Fアクチン）に組み込まれるとG型からF型への形態変化が起きる。この結晶では4分子からなる短い線維であったために、一端の2分子のみがF型であり、他端の2分子はG型であった。これは端の効果とも言えるし、重合過程の途中経過を表現しているとも言える。すなわち、この結晶構造より単にアクチン重合体の原子構造を得たというに留まらず、アクチン線維構築原理と重合過程についての重要な知見を得た。これはアクチン研究の時代を画する重要な成果である。現在、これら結晶構造と先行研究からの知見を基に得られた知見を論文および総説にまとめる作業を開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述のように私たちは本研究を遂行している途上でアクチン重合体全体の原子構造の解明に成功した。この成果は予測できなかったという点で想定外であったが、私たちの研究目的そのものである。このブレークスルーによって、自分たち自身の研究計画は前倒し的に修正されることになる。本研究計画は本年度で終了するため、修正した研究計画を本格的に遂行するのは来年度から開始される（と希望する）新規研究計画になろう。しかし、新しい研究計画を立てる上でも本年度の研究推進内容は重要になる。
第一、この間私たちは、アクチン重合体全体の原子構造を得ると同時に、構築原理、重合過程、可能な構造揺らぎの内容、について急速に理解を深め、新しい概念を確立してきた。この理解は国際的に他の研究グループより数歩先に行ってしまった。可及的に速やかに公表して、研究コミュニティーのチェックを受け、共有することが重要である。
第二、アクチン重合体の可能な構造揺らぎがわかってきたので、ゲルゾリン系の蛋白質がアクチン線維を切断する機能、コフィリン系の蛋白質がアクチン脱重合を加速する機能のメカニズムを解明することが十分実現可能になった。
第三、アクチン重合体全体の原子構造解明と、電子顕微鏡装置・解析法の急速な進歩によって、「筋肉細い線維」全体の原子構造解明をこれまで以上に実現可能な目標として設定できるようになった。ここではこれまでと同じように、再構成細い線維の急速凍結氷包埋資料の電子顕微鏡構造解析法による解析と、「ミニ細い線維」を再構成する方法を確立して、その試料をEMかX線結晶学の方法で構造解明するという2つの研究計画を同時並行的に進めるのがよいであろう。
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