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蛋白工学とホログラフィック・クライオ電子顕微鏡法によるモーター蛋白質機能の研究

研究課題

研究課題/領域番号 09102006
研究種目

特別推進研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東京大学

研究代表者

若林 健之  東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90011717)

研究分担者 安永 卓生  東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (60251394)
研究期間 (年度) 1997 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
257,000千円 (直接経費: 257,000千円)
2000年度: 18,000千円 (直接経費: 18,000千円)
1999年度: 16,000千円 (直接経費: 16,000千円)
1998年度: 48,000千円 (直接経費: 48,000千円)
1997年度: 175,000千円 (直接経費: 175,000千円)
キーワード筋収縮 / 蛋白工学 / クライオ電子顕微鏡法 / モーター蛋白質 / アクチン / ミオシン / カルシウム制御 / X線結晶解析 / トロポニン / トロポミオシン / カルシウム / 電子顕微鏡 / 蛋白質工学 / 筋肉 / 細胞骨格 / 生体運動
研究概要

蛋白工学とクライオ電子顕微鏡法を結びつけ、モーター機能とその制御の分子メカニズムを明らかとすることを目標とした。高コヒーレンス電子ビームによりコントラストを向上させたクライオ電子顕微鏡像を新しい画像処理法で処理し、アクチン、トロポニン、トロポミオシン、ミオシンなどの相互立体関係を高分解能で明らかにしようとした。
単粒子解析法を導入し、細いフィラメントの全体構造を初めて明らかにし、Caによりトロポニンに大きな構造変化が生じ、トロポミオシンの移動は分子のC端約3分の1に限られることを初めて示した(Narita et al.,論文投稿中)。三次元再構成像の解釈を助けるために、蛍光団の間の距離情報からそれらの三次元的位置を求める方法を開発し、ミオシン頭部のATPによるレバー・アームの動きを三次元的に明らかにし(Suzuki et al,1998;Yasunaga et al.,2000)、トロポニン・トロポミオシンに標識された蛍光団の細いフィラメント上での三次元的位置を決定した(Narita et al.,論文投稿中)。Caによる活性化が増強されるミュータント・アクチンを見いだしていたが、それがチロシン230の導入のためであることを突き止め(Saeki et al.,2000)、その構造をX線結晶解析しCa活性化の際にアクチンの第4サブドメインの疎水ポケットの露出がCa活性化に重要な役割を果たすことを示した(Matsuura et al.,2000)。エネルギー・フィルターを用いたクライオ電子顕微鏡法の開発が完了し、細いフィラメトやアクチン・ミオシン複合体の高分解能での構造研究に活用できるようになった。本特別推進研究の成果は、ゴードン研究会議(1999)での招待講演や、Nature誌NEWS & VIEWS欄(Nature,396,317-318(1998),by A.F.Huxley)を通して紹介されている。

報告書

(5件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (51件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (51件)

  • [文献書誌] 鈴木良和: "Swing of the lever arm of a myosin motor at the isomerization and phosphate-release steps"Nature. 396. 380-383 (1998)

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  • [文献書誌] 橋場周平: "Structure of native thick filaments revealed by cryo-electron microscopy and holographic reconstruction technique"Biophysical Journal. 76. A32-A32 (1999)

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  • [文献書誌] 阿部亮敦: "Affinity-chromatographic purification of mutant actins from Dictyosterium"Biophysical Journal. 76. A39-A39 (1999)

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  • [文献書誌] 石川 尚: "Calcium-induced changes in the Location and Conformation of Troponin in skeletal muscle thick filaments"Journal of Biochemistry. 126. 200-211 (1999)

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  • [文献書誌] 阿部亮敦: "Acetylation at the N-terminus of actin strengthens weak interaction between actin and myosin"Biochemical Biophysical Research Comunications. 268. 14-19 (2000)

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  • [文献書誌] 松浦能行: "Structural basis for the higher Ca^<2+>-activation of the regulated actin-activated myosin ATPase observed with Dictyostelium/Tetrahymera activity"Journal of Molecular Biology. 296. 579-595 (2000)

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  • [文献書誌] 若林健之: "Structure and function of actin filaments revealed by site-directed mutagenesis of actin and image analysis of cryo-electron micrographs"Structure and Function of Macromolecular Assembly. 253-263 (1997)

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  • [文献書誌] 若林健之: "電子顕微鏡でみる-タンパク質とその集合体-"遺伝. 52. (1998)

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  • [文献書誌] 若林健之: "筋収縮と弛緩の際の超微細構造の変化"臨床神経科学. 17. (1999)

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  • [文献書誌] 安永卓生: "ミオシンの構造生物学-構造-機能連関の謎に迫る"細胞工学. 18. (1999)

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  • [文献書誌] 若林健之: "Molecular Mechanism of Ca-regulation of Motor Function"J.Molecular and Cellular Cardiology. 32. S52 (2000)

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  • [文献書誌] 成田哲博: "Ca^<2+>-induced switching of troponin and tropomyosin on actin filaments as revealed by electron cryo-microscopy"Journal of Molecular Biology. (2001)

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  • [文献書誌] 佐伯喜美子: "A230Y mutation of actin on subdomain 4 is sufficient for higher calcium activation of actin-activated myosin adenosivetriphosphatase in the presence of tropomyosin-troponin"Biochemistry. 39. 1324-1329 (2000)

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  • [文献書誌] 横山 謙: "V-type H^+-ATPase/synthase from a Thermophilic Eu bacterium,Thermus Thermophilus"Journal of Biological Chemistry. 275. 13955-13961 (2000)

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  • [文献書誌] 佐伯喜美子: "Role of Residues 230 and 236 of actin in Myosin-ATPase Activation by Actin-Tropomyosin"Biochemical Biophysical Research Communications. 275. 428-433 (2000)

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  • [文献書誌] 安永卓生: "ATP-induced transconformation of Myosin revealed by determing three-dimensional positions of fluorophores from Fluorescence Energy Transfer Measurements"Journal of Structural Biology. 132. 6-18 (2000)

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  • [文献書誌] 安永卓生: "Relocation of Cys374 of Actin induced by labeling with fluorescent dyes"Journal of Biochemistry. 129. 201-204 (2001)

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  • [文献書誌] 安永卓生: "Visualization of single myosin heads by Cryo-electron microscopy and a holographic image reconstruction technique(HIRT)"Structure and Function of Macromolecular Assembly. 244-252 (1997)

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  • [文献書誌] 若林健之: "分子モーターの仕組み 「電子顕微鏡で見た分子モーターの構造」"共立出版. (1997)

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  • [文献書誌] 若林健之: "細胞生物学の基礎技術"羊土社. (1998)

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  • [文献書誌] Y. Suzuki: "Swing of the lever arm of a myosin motor at the isomerization and phosphate-release steps"Nature. 396. 380-383 (1998)

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  • [文献書誌] Hashiba, S.: "Structure of native thick filaments revealed by cryoelectron microscopy and holographic image reconstruction technique"Biophys. J.. 76. A32 (1999)

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  • [文献書誌] Abe, A.: "Affinity-chromatographic purification of mutant actins from Dictyostelium"Biophys. J.. 76. A39 (1999)

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  • [文献書誌] Ishikawa, T.: "Calcium-Induced Changes in the Location and Conformation of Troponin in Skeletal Muscle Think Filaments"J. Biochem.. 126. 200-211 (1999)

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  • [文献書誌] Abe, A.: "Acetylation at the N-terminus of actin strengthens weak interaction between actin and myosin."Biochem. Biophys. Res. Commun.. 268. 14-19 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsuura, Y.: "Structural basis for the higher Ca^<2+>-activation of the regulated actin-activated myosin ATPase observed with Dictyostelium/Tetrahymena actin chimeras,"J. Mol. Biol.. 296. 579-595 (2000)

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  • [文献書誌] T. Wakabayashi: "Structure and function of actin filaments revealed by site-directed mutagenesis of actin and image analysis of cryo-electron micrographs"Structure and Function of Macromolecular Assembly. 253-263 (1997)

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  • [文献書誌] Wakabayashi T.: "Observe with an electron microscope-Proteins and their assemblies."IDEN. 52. (1998)

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  • [文献書誌] Wakabayashi T.: "The change of fine structure in muscle contraction and relaxation."Rinsho-Sinkei-Kagaku. 17(10). (1999)

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  • [文献書誌] Yasunaga T.: "Structural biology of myosin-Approach to the mechanisum of the relationship between structure and functions."Saibo-Kogaku. 18(11). (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wakabayashi, T.: "Molecular Mechanism of Ca-regulation of Motor Function."J. Molecular and Cellular Cardiology. 32(11). SS-2 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Narita, A.: "Ca^<2+>-induced switching of troponin and tropomyosin on actin filaments as revealed by electron cryo-microscopy"J. Molec. Biol.. (in press). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Saeki, K: "A230Y mutation of actin on subdomain 4 is sufficient for higher calcium activation of actin-activated myosin adenosinetriphosphatase in the presence of tropomyosin-troponin,"Biochemistry. 39. 1324-1329 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yokoyama, K.: "V-Type H+-ATPase/Synthase from a Thermophilic Eubacterium, Thermus Thermophilus."J. Biol. Chem.. 275. 13955-13961 (2000)

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  • [文献書誌] Saeki, K.: "Role of Residues 230 and 236 of Actin in Myosin-ATPase Activation by Actin-Tropomyosin."Biochem. Biophys. Res. Commun.. 275. 428-433 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasunaga, T.: "ATP-induced Transconformation of Myosin Revealed by Dtermining Three-Dimensional Positions of Fluorophores from Fluorescence Energy Transfer Measurements."J. Struct. Biol.. 132. 6-18 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasunaga T.: "Relocation of Cys374 of Actin Induced by Labeling with Fluorescent Dyes."J. Biochem.. 129. 201-204 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Yasunaga: "Visualization of single myosin heads by cryo-electron microscopy and a holographic image reconstruction technique(HIRT)"Structure and Function of Macromolecular Assembly,. 244-252 (1997)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wakabayashi T.: "Structure of molecular motors observed with an electron microscope. Series new biophysics, 4, Mechanism of molecular motors"Kyoritsu-Shuppan. (1997)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Wakabayashi T.: "Observation of biological macromolecules by negative staining. Basic techniques for cell biology : Approach to cytoskeleton and cell motility"Yodo-Sha. (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 横山謙: "V-type H^+-ATPase/Synthase from a Thermophilic Eubacterium, Thermus Thermophilus"The Journal of Biological Chemistry. 275・18. 13955-13961 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 佐伯喜美子: "Role of Residues 23φ and 236 of Actin in Myosin ATPase Activation by Actin-Tropomyosin"Biochemical and Biophysical Communications. 275. 428-433 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 安永卓生: "ATP-induced Transc on formation of Myosin Revealed by Determing Three-Dimensional Positions of Fluorophores from Fluorescein Energy Transfer Measurements"Journal of Structural Biology. 132. 6-8 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 安永卓生: "Relocation of Cys374 of Actin Induced by Labelling with Fluorescent Dyes"Journal of Biochemistry. 129. 201-204 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Ishikawa & Wakabayashi: "Calcium-Induced Changes in the Location and Conformation of Troponin in Skeletal Muscle Thin Filaments"J. Biochem.. 126. 200-211 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Abe et al.: "Acetylation at the N-terminus of Actin Strengthens Weak Interaction between Actin and Myosin"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 269. 14-19 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Saeki & Wakabayashi: "A230Y Mutation of Actin on Subdomain 4 is Sufficient for Higher Calcium Activation of Actin-Activated Myosin Adenosinetriphosphatase in the Presence of Tropomyosin-Troponin"Biochemistry. 39. 1324-1329 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Matsuura et al.: "Structural Basis for the Higher Ca^<2+>-Activation of the Regulated Actin-activated Myosin ATPase Observed with Dictyostelium/Tetrahymena Actin Chimeras"J. Mol. Biol.. 296. 579-595 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Suzuki et al.: "Swing of the lever arm of a myosin motor at the isomerization and phosphate-release steps" Nature. 396. 380-383 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] T.Yasunaga: "Visualization of single myosin heads by cryo-electron microscopy and a holographic image reconstruction technique (HIRT)" Proceeding of the 22nd Taniguchi International Symposium Division of Biophysics. 244-252 (1997)

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      1997 実績報告書
  • [文献書誌] T.Wakabayashi: "Structure and Function of Actin Filaments revealed by Site-Directed Mutagenesis of Actin and Image Analysis of Cryo-electron Micrographs" Proceeding of the 22nd Taniguchi International Symposium Division of Biophysics. 252-263 (1997)

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      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2018-03-28  

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