2017 Fiscal Year Annual Research Report
擬似細胞チップによる膜タンパク質の動的構造機能計測技術の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work |
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| Project/Area Number |
17H05871
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
渡邉 力也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (30540108)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 1分子生物物理 / bioMEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞の中には、タンパク質でできた多様な分子モーターが存在し、それらの“構造変化”により、エネルギー合成、物質輸送および細胞分裂などの生理的に重要な機能が実現している。これまで、分子モーターの“構造”と“機能”を理解するため、光学顕微鏡を用いたin vitro 1分子計測技術が開発され、化学・力学特性などの基本的な性質が明らかにされてきた。現在、in vitro 1分子計測技術は生きた細胞へ展開され、生理条件下での分子モーターの理解を促進している。しかし、従来の細胞内1分子計測は技術的な障壁が高く、特に、膜タンパク質で構成される分子モーター(膜分子モーター)への展開は非常に困難であった。すなわち、膜分子モーターの生理条件下での構造変化および機能に関しては未解明な部分が多く、構造と機能の相関解析に基づいた作動機構の解明は学術的意義が高いといえる。本研究では、自主開発した「生体膜マイクロチップに細胞を融合させた「擬似細胞チップ」を新規開発し、生理条件下でのFoF1のプロトン輸送と回転運動の1分子同時計測技術の確立を目指す。そして、FoF1の構造変化と機能の相関関係を解析から、生理条件下での作動機構の解明を目指す。
本年度の成果としては以下の2点があげられる。
1, 生体膜チップを利用した膜分子モーター(FoF1)の構造変化(回転運動)と機能(プロトン輸送)の相関計測を実現した。具体的には、従来機能解析に利用してきた生体膜チップ上に、FoF1の回転運動を可視化するための機構を実装した。
2, 細胞膜断片の融合による擬似細胞膜チップの開発に成功した。具体的には、大腸菌および牛心筋のミトコンドリア由来の反転膜小胞を生体膜チップへ融合させ、反転膜小胞上に存在する膜分子モーターのプロトン輸送活性を計測することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の目標であった、擬似細胞チップの開発および膜分子モーターの構造変化と機能の同時計測の実現において見通しがついた。当該技術を機軸として来年度の研究を円滑にすすめることができると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
生理条件下では、膜分子モーター(FoF1)は他のタンパク質と共にエネルギー代謝に必須な呼吸鎖を形成する。疑似細胞チップでは、FoF1だけでなく、他の呼吸鎖タンパク質も丸ごと再構成される。来年度は、呼吸鎖を構成するFoF1以外の膜タンパク質(例えば、Complex I)に外部から薬剤などで刺激を与えたときのFoF1のプロトン輸送および回転運動を解析し、呼吸鎖を形成する生理条件下でのFoF1の運動・機能における制御機構の解明を目指す
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