膜タンパク質会合過程の高速AFMイメージング

• Project/Area Number: 19042009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 内橋 貴之 Kanazawa University, 数物科学系, 准教授 (30326300)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2008: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2007: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 生物物理 / AFM / 蛋白質

Research Abstract

1. バクテリオロドプシン(bR)の構造変化の観察 : 光吸収サイクルが野性型bRよりも遅いD96N変異体を試料として、緑色レーザー光照射時の光吸収に伴う構造変化の観察を行った。細胞質側では光照射に同期してAFMで観察されるモノマーの輝点が約0.7nm変化することがわかった。光励起された分子の寿命を解析した結果、AFMで観察された構造変化は、基底状態からN中間体への遷移時に発生すると考えられている、EFループの移動であることが分かった。一方、このような構造変化は細胞外側では観察されなかった。また、EFループの移動により隣り合ったbRトライマー内のモノマー同士が相互作用した結果、励起分子の寿命が変化することが分かり、従来から分光法により議論されてきた光吸収サイクルの協同性が構造変化に起因することを明らかにした。
2. ロドプシンの会合状態の観察 : 高速AFMでロドプシンの高分解能な動態変化過程や生理過程を捉えるため、AFM観察に適したロドプシン試料の調整としてウシロドプシンの抽出及び天然脂質膜へ再構成を行った。その結果、再構成時の脂質割合や界面活性剤の割合などの条件を変える事で2次元結晶の結晶化度が変化する事が分かった。また、天然の円盤膜中に存在するロドプシンでも、4℃で長時間インキュベーションを行うと2次元結晶化し、ダイマー構造をとることが確認できた。
3. ATPaseの回転観察の試み : リジン基で修飾したF1モーターを用いることで、アミノシランおよびグルタルアルデヒド処理したマイカに比較的容易に固定できることが分かった。F1のYサブユニットに標識としてストレプトアビジンを固定し、ATP加水分解による回転運動を観察することができた。しかしながら、AFM観察によりYサブユニットが容易に引き抜かれてしまうことも判明し、再現性よく回転観察を行うところまでは達しなかった。

Research Products

• [Journal Article] High-speed atomic force microscopy for nano-visualization of dynamic biomolecular processes (2008)
  • Author(s): T. Ando, T. Uchihashi, and, T. Fukuma
  • Journal Title: Progress in Surface Science 83 Pages: 337-437
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic diffusion of point defects in two-dimensional crystal of streptavidin observed by hieh-sneed atomic force microscopy (2008)
  • Author(s): D. Yamamoto, T. Uchihashi, N. Kodera, and, T. Ando
  • Journal Title: Nanotechnology 19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of intrinsically disordered regions of proteins by high-speed atomic force microscopy (2008)
  • Author(s): A. Miyagi, Y Tsunaka, T. Uchihashi, K. Mayanagi, S. Hirose, K. Morikawa, and, T. Ando
  • Journal Title: Chem Phys Chem 9 Pages: 1859-1866
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High resonance frequency force microscope scanner using inertia balance support (2008)
  • Author(s): T. Fukuma, Y. Okazaki, N. Kodera, T. Uchihahsi, and, T. A
  • Journal Title: Applied Physics Letters 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-speed AFM and nano-visualization of biomolecular processes (2008)
  • Author(s): T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, D Yamamoto, M. Taniguch, A. Miyagi, and H. Yamashita
  • Journal Title: Pflugers Archiv European. Jourbnal of Physiology 456 Pages: 211-225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tip-sample distance control using photothermal actuation of a small cantilever for high-speed atomic force microscopy (2007)
  • Author(s): H. Yamashita, T. Uchihashi, N. Kodera, A. Miyagi, D. Yamamoto, and T. Ando
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments 78 Pages: 83702-83702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-speed Atomic Force Microscopy for Observing Dynamic Biomolecular Processes (2007)
  • Author(s): T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, D Yamamoto, M. Taniguch, A. Miyagi, and H. Yamashita
  • Journal Title: Journal of Molecular Recognition 20 Pages: 448-458
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Direct observation of single protein dynamics with high-speed AFM (2009)
  • Author(s): T. Uchihashi
  • Organizer: 6^<th> Asian Biophysics Association Symposium, 27th Hong Kong Society of Neurosciences Annual Meeting
  • Place of Presentation: Hong Kong
  • Year and Date: 2009-01-13
• [Presentation] High-speed AFM for Visualizing Biomolecular Processes (2008)
  • Author(s): T. Uchihashi
  • Organizer: 39^<th> NIPS International Symposium &, 7^<th> OIB Symposium : Frontier of Biological Imaging
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2008-06-12
• [Presentation] High-Speed AFM for Visualizing Biomolecular Processes : nanoelectronics and mo lecular biology (2008)
  • Author(s): T. Uchihashi
  • Organizer: International Conference : From Solid State To BioPhysics IV
  • Place of Presentation: Dubrovnik, Croatia
  • Year and Date: 2008-06-11
• [Presentation] Protein Dynamics Captured by High-speed AFM (2007)
  • Author(s): T. Uchihashi and T. Ando
  • Organizer: Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2007-09-28
• [Book] "Single Molecule Dynamics in Life Science", T. Yanagida & Yoshiharu Ishii (Eds.) (2008)
  • Author(s): T. Ando, T. Uchihashi, N. Kodera, D. Yamamoto, M. Taniguchi, A. Miyagi, H. Yamashita
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Wiley-VCH