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ヘリカーゼの多量体形成・DNA巻き戻し機能・化学力学共役機構の相関関係の解明

Research Project

Project/Area Number 18K06169
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionThe Graduate School for the Creation of New Photonics Industries

Principal Investigator

横田 浩章  光産業創成大学院大学, 光産業創成研究科, 准教授 (90415547)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords1分子計測 / ナノバイオ / 核酸 / 酵素反応
Outline of Annual Research Achievements

多くのタンパク質で見られる多量体形成は、タンパク質の活性制御などに重要な役割を果たす。代表研究者は非六量体型スーパーファミリー1ヘリカーゼUvrD が多量体を形成してDNAを効率的に巻き戻すことを明らかにした。しかし、2分子目のUvrDのDNAへの結合がどのようにDNA巻き戻しをトリガーするのか、多量体を構成する個々のUvrDがATP加水分解エネルギーをどのように使ってDNA巻き戻しをしているのかの詳細は不明である。
そこで本研究ではUvrD のDNA上での多量体形成・DNA巻き戻し機能・ATP加水分解エネルギーの化学力学共役機構の相関関係を蛍光1分子イメージングすることで明らかにすることを目指している。
2020年度は、多量体を形成できないとされるC末端40アミノ酸欠損変異体(UvrDΔ40C)が定説に反し、二量体あるいは三量体でDNAを巻き戻していることを出版した(Biophysical Journal 118, 1634~1648 (2020))。またこの論文に関連した邦文の総説を執筆し受理された(生物物理, 印刷中)ほか、非六量体型ヘリカーゼのC末端アミノ酸と機能に関する総説を出版した(International Journal of Molecular Sciences 22, 1018 (2021)。さらに、蛍光1分子直視によって40アミノ酸より多くのC末端アミノ酸を欠失した変異体でさえ、なお複数分子でDNAを巻き戻していることを見いだした。そのほか、野生型より高いDNA巻き戻し活性をもつ変異体の蛍光1分子直視データの解析、ゼロモード導波路による高濃度蛍光性ATP条件下の蛍光1分子イメージング、DNA巻き戻しの1塩基分解能観察に取り組んだ。また、蛍光顕微鏡に用いられる微弱光検出器に関する総説(Applied Sciences 11, 2773 (2021))も出版した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

蛍光1分子直視によって40アミノ酸より多くのC末端アミノ酸を欠失した変異体でさえ、なお複数分子でDNAを巻き戻していることを見いだしたほか、野生型より高いDNA巻き戻し活性をもつ変異体の蛍光1分子直視データの解析、ゼロモード導波路による高濃度蛍光性ATP条件下の蛍光1分子イメージング、DNA巻き戻しの1塩基分解能観察に取り組めたため。

Strategy for Future Research Activity

野生型UvrDおよびUvrD変異体について、DNA巻き戻しの1塩基分解能観察、ATPの蛍光1分子イメージングを継続する。

Report

(3 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(15 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Roles of the C-Terminal Amino Acids of Non-Hexameric Helicases: Insights from Escherichia coli UvrD2021

    • Author(s)
      Yokota Hiroaki
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 22 Pages: 1018-1018

    • DOI

      10.3390/ijms22031018

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Low-Light Photodetectors for Fluorescence Microscopy2021

    • Author(s)
      Yokota Hiroaki、Fukasawa Atsuhito、Hirano Minako、Ide Toru
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 11 Pages: 2773-2773

    • DOI

      10.3390/app11062773

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 1分子観察から見えてきた大腸菌ヘリカーゼUvrDのDNA 巻き戻し機能と多量体形成2021

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130008068992

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] DNA-unwinding dynamics of Escherichia coli UvrD lacking the C-terminal 40 amino acids2020

    • Author(s)
      Yokota, H.
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 118 Pages: 1634-1648

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2020.02.014

    • Related Report
      2020 Research-status Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fluorescence microscopy for visualizing single-molecule protein dynamics2020

    • Author(s)
      Yokota Hiroaki
    • Journal Title

      Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj.

      Volume: in press Pages: 129362-129362

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2019.05.005

    • Related Report
      2019 Research-status Report 2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] DNA-unwinding dynamics of Escherichia coli UvrD lacking the C-terminal 40 amino acids2021

    • Author(s)
      Hiroaki Yokota
    • Organizer
      Biophysical Society 65th Annual Meeting
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNA-unwinding dynamics of Escherichia col UvrD lacking the C-terminal 40 amino acids2020

    • Author(s)
      Hiroaki Yokota
    • Organizer
      第58回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] DNA-unwinding dynamics of Escherichia coli UvrD lacking the C-terminal 40 amino acids2020

    • Author(s)
      Hiroaki Yokota
    • Organizer
      第43回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 生体分子1 分子の蛍光イメージング~DNA結合タンパク質の1 分子直視~2019

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Organizer
      第16回バイオオプティクス研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Single-molecule imaging of a non-hexameric Escherichia coli helicase UvrD mutant lacking C-terminal residues2019

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 生体分子1分子の蛍光イメージングと蛍光検出~1分子直視と高時間分解能検出~2018

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Organizer
      第15回バイオオプティクス研究会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 大腸菌非六量体型DNAヘリカーゼUvrD変異体の1分子イメージング2018

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Organizer
      第41回日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Single-molecule imaging of the oligomeric form of the non-hexameric Escherichia coli helicase UvrD mutants2018

    • Author(s)
      横田 浩章
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 光産業創成大学院大学バイオフォトニクスデザイン分野ホームページ

    • URL

      https://www.gpi.ac.jp/research/bpxd/professor-15/

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 光産業創成大学院大学光バイオ分野ホームページ

    • URL

      https://www.gpi.ac.jp/research/bio/professor-15/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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