AAA型分子モーターダイニンの作動メカニズム

• 研究課題/領域番号: 16370069
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 豊島 陽子 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (40158043)
• 研究分担者: 枝松 正樹 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (60251328)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 11,200千円 (直接経費: 11,200千円); 2005年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円); 2004年度: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円)
• キーワード: ダイニン / 分子モーター / 微小管 / ストーク / AAAモチーフ / ATPase活性 / ATP結合部位 / 微小管結合部位 / ATP結合部

研究概要

ダイニンは微小管と相互作用して運動を発生するモータータンパク質であるが、ダイニン分子において微小管結合部位とATP加水分解部位という非常に基本的な機能の実態の解明を試みた。まず、ダイニンモータードメインのATP結合部位(P1-P4)を含む組換え体の解析から、P1とP3の2ヶ所にATPase活性があり、P1が活性を持つためには隣のAAAモチーフに存在する特異的なアルギニンが必要であること、P3についても同様であることが明らかになった。
ダイニンの運動特性を詳細に調べるために、ダイナクチンなどの付随物を含まず、かつ運動活性の高い細胞質ダイニンを脳組織から精製し、1分子ダイニンの運動特性を、光ピンセットを用いたナノ計測を行った。その結果、ダイニンは連続運動性を有し、8nmのステップを刻みながら微小管のマイナス端に向かって動き、最大力7pNを出すことが明らかになった。これらの挙動から、ダイニンはキネシンと同様なhand-over-handメカニズムで運動していることが示唆された。また、ダイナクチンp150フラグメントを利用して、無負荷状態のダイニン1分子の微小管との相互作用を観察したところ、ヌクレオチド状態による微小管との結合親和性の違いが明瞭に区別され、ADP・Pi状態でもっとも弱いことがわかった。
さらに、ダイニン運動発生メカニズムの鍵となる、ダイニンと微小管の相互作用を明らかにするために、ダイニンの微小管結合部位であるストークのコイル部の長さの異なる一連の組換え体を作製し、微小管に対する親和性を調べた。コイル部が短いものより、コイル部が長くcoiled-coil構造をとっているものの親和性が低いことがわかり、コイル部の構造変化により微小管との結合解離を調節する可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Microtubule-binding properties of dynactin p150 expedient for dynein motility. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, T., Shiroguchi, K., Edamatsu, M., Toyoshima Y.Y.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 340 ページ: 23-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Overlapping hand-over-hand mecanism of single molecular motility of cytoplasmic dynein (2006)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Watanabe, T.M., Yamaguchi-Okimoto, L., Toyoshima, Y.Y., Higuchi, H.
  • 雑誌名: Peoc. Natl. Acad. Sci. USA 103 ページ: 5741-5745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microtubule-binding properties of dynactin p150 expedient for dynein motility (2006)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, T., Shiroguchi, K., Edamatsu, M., Toyoshima Y.Y.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 340 ページ: 23-28
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Overlapping hand-over-hand mechanism of single molecular motility of cytoplasmic dynein (2006)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Watanabe, T.M., Yamaguchi-Okimoto, L., Toyoshima, Y.Y., Higuchi, H.
  • 雑誌名: Proc.Natl Acad.Sci.USA 103 ページ: 5741-5745
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Recruitment of Katanin P60 by Phosphorylated NDEL1, a LTS1 interacting protein, is Essential for Mitotic Cell Division and Neuronal Migration (2005)
  • 著者名/発表者名: Toyo-oka, K., Shinji Sasaki, S., Yano, Y., Mori, D., Kobayashi, T., Toyoshima, Y.Y., Tokuoka, S.M., Ishii, S., Shimizu, T., Muramatsu, M., Hiraiwa, N., Yoshiki, A., Wynshaw-Boris, A., Hirotsune, S.
  • 雑誌名: Hum.Mol.Genet. 14 ページ: 3113-3128
• [雑誌論文] Removal of tightly bound ADP induces distinct structural changes of the two tryptophan-containing regions of the ncd motor domain (2005)
  • 著者名/発表者名: Morii, H., Shimizu, T., Mizuno, N., Edamatsu, M., Ogawa, K., Shimizu, Y., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: J.Biochem. 138 ページ: 95-104
  • NAID: 10017346315
• [雑誌論文] Properties of the full-length heavy chains of Tetrahymena ciliary outer arm dynein separated by urea treatment (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Gibson, T.M., Shiroguchi, K., Toyoshima, Y.Y., Asai, D.J.
  • 雑誌名: Cell Motil. Cytoskeleton 58 ページ: 30-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A single-headed recombinant fragment of Dictyostelium cyoplasmic dynein can drive the robust sliding of microtubules (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiura, N., Kon, T., Shiroguchi, K., Ohkura, R., Shima, T., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 22799-22802
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynein and kinesin share an overlapping microtubule-binding site (2004)
  • 著者名/発表者名: Miuno, N., Toba, S., Edamatsu, M., Watai-Nishii, J., Hirokawa, N., Toyoshima, Y.Y., Kikkawa, M.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2459-2467
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dissociation of double-headed cytoplasmic dynein into single-headed species and its motile properties (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Cell Motil. Cytoskeleton 58 ページ: 281-289
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Distinct functions of nucleotide-binding/hydrolysis sites in the four AAA modules of cytoplasmic dynein (2004)
  • 著者名/発表者名: Kon, T., Nishiura, M., Ohkura, R., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 11266-11274
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multiple ATP-hydrolyzing sites that potentiallty function in cytoplasmic dynein (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Edamatsu, M., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Proc. Natl Acad. Sci. USA 101 ページ: 12865-12869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Properties of the full-length heavy chains of Tetrahymena ciliary outer arm dynein separated by urea treatment (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Gibson, T.M., Shiroguchi, K., Toyoshima, Y.Y., Asai, D.J.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 30-38
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A single-headed recombinant fragment of Dictyostelium cytoplasmic dynein can drive the robust sliding of microtubules (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiura, N., Kon, T., Shiroguchi, K., Ohkura, R., Shima, T., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: J.Biol. Chem. 279 ページ: 22799-22802
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynein and kinesin share an overlapping microtubule-binding site (2004)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, N., Toba, S., Edamatsu, M., Watai-Nishii, J., Hirokawa, N., Toyoshima, Y.Y., Kikkawa, M.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2459-2467
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dissociation of double-headed cytoplasmic dynein into single-headed species and its motile properties (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 281-289
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiple ATP-hydrolyzing sites that potentiality function in cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Edamatsu, M., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Proc.Natl Acad.Sci.USA 101 ページ: 12865-12869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Properties of the full-length heavy chains of Tetrahymena ciliary outer arm dynein separated by urea treatment. (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Gibson, T.M., Shiroguchi, K., Toyoshima, Y.Y., Asai, D.J.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 30-38
• [雑誌論文] A single-headed recombinant fragment of Dictyostelium cytoplasmic dynein can drive the robust sliding of microtubules. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiura, N., Kon, T., Shiroguchi, K., Ohkura, R., Shima, T., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 22799-22802
• [雑誌論文] Dynein and kinesin share an overlapping microtubule-binding site. (2004)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, N., Toba, S., Edamatsu, M., Watai-Nishii, J., Hirokawa, N., Toyoshima, Y.Y., Kikkawa, M.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2459-2467
• [雑誌論文] Dissociation of double-headed cytoplasmic dynein into single-headed species and its motile properties. (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 281-289
• [雑誌論文] Distinct functions of nucleotide-binding/hydrolysis sites in the four AAA modules of cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kon, T., Nishiura, M., Ohkura, R., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 11266-11274
• [雑誌論文] Multiple ATP-hydrolyzing sites that potentiallty function in cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Edamatsu, M., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 101 ページ: 12865-12869