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2016 Fiscal Year Annual Research Report

X線溶液散乱と高速AFMを用いた生物時計因子の動的構造解析

Publicly Offered Research

Project AreaDynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
Project/Area Number 16H00785
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

秋山 修志  分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
KeywordsX線小角散乱
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、シアノバクテリア生物時計システムの中核をなす時計タンパク質(KaiC)を題材に、X線溶液散乱や液中高速AFMを用いて分子内対称性やその動態を精査することで、細胞システム全体に表出する動秩序の本質に迫る。
X線溶液散乱では分子の大きさ・形状を生理的な溶液環境下で検証することができ、とくに散乱角度が大きい領域(広角)には分子の形状に応じた特徴的な信号パターンが現れる。微弱な広角散乱信号を定量的に測定・解析するため、独自に装置や解析ソフトウェアを整備して実験を実施した。その結果、KaiC6量体の分子内対称性に起因した相関ピークが広角領域にまで複数観察された。KaiCの結晶構造に基づいた理論的な散乱曲線に比べると、一部、ピーク位置のシフト、幅広化、消失などが確認され、分子内対称性の一部が損なわれている可能性が示唆された。今後は、実験データを説明する分子モデルを構築することで、6量体の対称性について詳細に検証する。
液中高速AFMでは1分子ごとに動態を観察することができる。平成28年度の研究活動を通じて、KaiCを基盤上に固定化し、その機能や構造を著しく損なうことなく1分子イメージングが実施できるようになった。野生型KaiCを注意深く観察したところ、リング状構造の対称性が低下した6量体が存在していた。対称性の低下とATP加水分解の関係を検証するため、系に含まれるATP濃度を変化させた実験を実施中である。今後は、X線溶液散乱から示唆される6量体モデルとの対応関係について考察する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度の研究活動を通じて、KaiCを基盤上に固定化し、その機能や構造を著しく損なうことなく1分子イメージングが実施できるようになった。野生型KaiCを注意深く観察したところ、リング状構造の対称性が異なる6量体が存在することが明らかとなった。X線溶液散乱については、広角散乱を取得するための装置や解析ソフトウェアを整備した。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、溶媒条件や温度を変えた液中高速AFM観察を実施し、6量体内の対称性が変化する時間スケールについても検証する。X線溶液散乱については、観察されたピーク位置・強度を説明するような6量体モデルを構築し、同時に、液中高速AFMのデータとの対応関係について考察する。

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Accelerating in vitro studies on circadian clock systems using an automated sampling device2016

    • Author(s)
      Furuike Y, Abe J, Mukaiyama A, Akiyama S
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 13 Pages: 235-241

    • DOI

      10.2142/biophysico.13.0_235

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Absolute slowness encoded in the circadian clock protein KaiC2016

    • Author(s)
      Abe J, Mukaiyama A, Akiyama S
    • Journal Title

      SPring-8/SACLA Research Frontiers 2015

      Volume: - Pages: 24-25

    • Open Access
  • [Journal Article] 概日時計因子の構造や動態を調べる意義とは?2016

    • Author(s)
      秋山 修志
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 56 Pages: 266-270

    • DOI

      10.2142/biophys.56.266

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Biological X-ray Solution Scattering Activities at the Institute for Molecular Science2017

    • Author(s)
      Akiyama S
    • Organizer
      Okazaki Conference 2017 on Grand Challenges in Small-angle Scattering
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomic-scale origins of slowness and temperature compensation in KaiC2017

    • Author(s)
      Akiyama S
    • Organizer
      Circadian Clock of Cyanobacteria during 1991-2017
    • Place of Presentation
      名古屋大学坂田・平田ホール(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2017-03-12 – 2017-03-12
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生物の不思議 ~ 体内時計2017

    • Author(s)
      秋山 修志
    • Organizer
      日本放射光学会市民公開講座
    • Place of Presentation
      神戸芸術センター(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2017-01-08 – 2017-01-08
    • Invited
  • [Presentation] Cyanobacterial circadian clock system. How and why can it be so slow and stable?2016

    • Author(s)
      Akiyama S
    • Organizer
      Sapporo Symposium on Biological Rhythm
    • Place of Presentation
      京王ホテルプラザ札幌(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生体分子システム研究に必要なツールとは?2016

    • Author(s)
      秋山 修志
    • Organizer
      中性子生命科学研究会 「生命科学における中性子利用の現状と未来」
    • Place of Presentation
      IQBRC1階大会議室(茨城県那珂郡)
    • Year and Date
      2016-05-17 – 2016-05-17
    • Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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