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2011 Fiscal Year Annual Research Report

分子モーターの構造揺らぎを調べる超高速配向イメージング法の開発

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
Project/Area Number 23107720
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

飯野 亮太  東京大学, 工学系研究科, 講師 (70403003)

Keywords分子モーター / 揺らぎ / 1分子計測
Research Abstract

短軸25nm、長軸55nmの金ナノロッドをプローブとし、時間分解能10マイクロ秒でその異方性散乱を検出してその配向(XY平面に射影した角度)を計算する方法を下記の3種類確立した。1.全反射型暗視野照明において偏光エバネッセント光を用い、散乱強度の変化をモニターし配向を計算する方法。2.後方散乱型暗視野照明による散乱光を直交する偏光2成分に分けその強度比から配向を計算する方法。3.後方散乱型暗視野照明による散乱のデフォーカス像の点像分布関数の広がりから配向を計算する方法。
また、回転モータータンパク質F1-ATPaseの回転子γサブユニット、およびトルク発生サブユニットβに金ナノロッドを結合させるための変異体を作製した。γサブユニットに結合させた金ナノロッドでは、上記3のデフォーカスを用いた方法から得られる点像分布関数の強度分布からその配向が直接求められることが明らかとなり、データ解析が迅速に行えることが明らかとなった。また、同程度のサイズの金コロイド粒子を用いた暗視野観察法よりも、回転している分子が容易に判別できるという利点が明らかとなった。βサブユニットに結合させた観察では、2つの配向状態を可逆的に遷移する様子が観察された。
それぞれの状態の寿命はF1-ATPaseのATP加水分解活性と同程度であり、F1-ATPaseの触媒反応に伴うβサブユニットの構造変化が検出できていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

10マイクロ秒の時間分解能での金ナノロッドの配向検出に成功した。また、回転子γサブユニットの回転とトルク発生サブユニットβの構造変化に対応すると考えられる金ナノロッドの配向の変化をとらえることに成功した。これらの点から、おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、配向を決定するデータ解析の迅速化を図る。また、2つのビームディスプレイサーを用い、散乱光を4つの成分に分けて測定可能な角度範囲を現在の0-90°から0-180°に広げる。さらにデフォーカス像から3次元の配向を決定する手法を検討する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Rotary catalysis of the stator ring of F(1)-ATPase2012

    • Author(s)
      Iino R, Noji H
    • Journal Title

      Science

      Volume: (First published online)

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2012.03.011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical modulation of catalytic power on F1-ATPase2012

    • Author(s)
      Watanabe R, Okuno D, Sakakihara S, Shimabukuro K, Iino R, Yoshida M, Noji H
    • Journal Title

      Nature Chemical Biology

      Volume: 8 Pages: 86-92

    • DOI

      10.1038/nchembio.715

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Single-molecule studies of ATP synthase, a complex of two rotary nan somotors2012

    • Author(s)
      Ryota Iino
    • Organizer
      The Symposium on Bioinspired Materials and Functionalities
    • Place of Presentation
      Groningen, Netherlands(招待講演)
    • Year and Date
      2012-06-22
  • [Presentation] Direct observation of rotary catalysis of rotorless F1-ATPase by high-speed atomic force microscopy2012

    • Author(s)
      Ryota Iino, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Hiroyuki Noji
    • Organizer
      Biophysical Society 56th Annual Meeting
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2012-02-29
  • [Presentation] Detection of rotation of F1-ATPase using high-speed orientational detection of gold nanorod2011

    • Author(s)
      Sawako Enoki, Ryota Iino, Hiroyuki Noji
    • Organizer
      第49回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      兵庫
    • Year and Date
      20110916-20110918
  • [Presentation] Direct observation of rotary catalysis of rotorless F1-ATPase by high-speed atomic force microscopy2011

    • Author(s)
      Ryota Iino, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Hiroyuki Noji
    • Organizer
      17th International Biophysics Congress
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2011-11-02

URL: 

Published: 2013-06-26  

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