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高速原子間力顕微鏡で解き明かすリボソームの機能ダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 20J00036
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionUniversity of the Ryukyus (2021)
Kanazawa University (2020)

Principal Investigator

今井 大達  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 特命助教

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsリボソーム / 高速AFM / リボソームストーク
Outline of Research at the Start

生命の根幹を成す「遺伝情報の翻訳」は、タンパク質合成装置であるリボソーム自身がダイナミックな構造変化を起こしながら様々な翻訳制御因子との結合・解離を繰り返すことで進行する動的な反応である。本研究では生体分子の構造変化を動画観察できる高速原子間力顕微鏡 (高速AFM) を用いて、タンパク質合成反応時のリボソームの機能ダイナミクスを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

翻訳はリボソーム自身がダイナミックな構造変化を起こしながら様々な翻訳制御因子との結合と解離を繰り返すことで進行する動的な反応である。本研究では生体分子の形状と動きを同時観察できる高速原子間力顕微鏡(高速AFM)を用いて、翻訳反応におけるリボソームの機能ダイナミクスを捉えることを目標とし、(1)高速AFM観察のためのリボソーム試料の固定化方法の検討、(2)リボソームストークの機能ダイナミクス解明、(3)タンパク質合成反応の各ステップの可視化に取り組む。2021年度は主に課題(3)に取り組んだ。

(3)タンパク質合成反応の各ステップの可視化: 当初の計画では翻訳伸長反応の可視化を試みる予定であったが観察に最適なリボソームの固定化条件を確立することができなかったため、一部計画を変更し、真正細菌のリボソームリサイクル反応、特にサブユニット解離反応の可視化に取り組んだ。まず、精製した大腸菌70Sリボソーム、リボソームリサイクル因子RRF、翻訳伸長因子EF-G、非加水分解GTPアナログGMP-PCPからなる70S pre-splitting複合体を試験管内で再構成後、アミノシラン処理したマイカ基板 (AP-マイカ) に固定し、高速AFMによる観察を行った。AP-マイカに固定されたpre-splitting複合体のZ方向のプロファイルをとると、おおよそ30~45 nmの高さを持っていたことから、pre-splitting複合体は複数の配向性を持ってAP-マイカに固定されることがわかった。リボソームの中央突起が明確に観察できた分子に関して、高速AFMの観察中に高濃度のGTPを含む緩衝液に交換したところ、GTP依存的に1~3回のトランスロケーション反応が生じ、それに続くサブユニット解離反応が観察された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Direct visualization of translational GTPase factor pool formed around the archaeal ribosomal P-stalk by high-speed AFM2020

    • Author(s)
      Imai Hirotatsu、Uchiumi Toshio、Kodera Noriyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 117 Issue: 51 Pages: 32386-32394

    • DOI

      10.1073/pnas.2018975117

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] HS-AFM visualizes translational GTPase factor pool formed around the ribosomal P-stalk2022

    • Author(s)
      今井 大達、内海 利男、古寺 哲幸
    • Organizer
      第60回日本生物物理学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Direct visualization of translational GTPase factor pool formed around the archaeal ribosomal P-stalk by high-speed AFM2021

    • Author(s)
      今井 大達、内海 利男、古寺 哲幸
    • Organizer
      第22回日本RNA学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡解析から示唆されたミトコンドリアタンパク質搬入ゲートTOM複合体の不均等な三量体構造2021

    • Author(s)
      九笹 加菜, 今井 大達, 古寺 哲幸, 稲津 明広, 遠藤 斗志也, 荒磯 裕平
    • Organizer
      第44回日本分子生物学学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡で可視化されたリボソームと翻訳伸長因子の超分子集合体2020

    • Author(s)
      今井 大達、内海 利男、古寺 哲幸
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会 第46回討論会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による古細菌リボソームストーク複合体上に形成されたGTPase翻訳因子プールの可視化2020

    • Author(s)
      今井 大達、内海 利男、古寺 哲幸
    • Organizer
      第43回日本分子生物学学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Visualization of translational GTPase factor-pool formed around the archaeal ribosomal P-stalk by HS-AFM2020

    • Author(s)
      今井 大達、内海 利男、古寺 哲幸
    • Organizer
      日本生物物理学会第58回年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] タンパク質合成装置リボソームが持つ触手のはたらきの可視化に成功!

    • URL

      https://www.kanazawa-u.ac.jp/rd/87663

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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