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液中高速原子間力顕微鏡による分子シャペロンの1分子反応機構解析

研究課題

研究課題/領域番号 17028031
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関京都大学

研究代表者

吉村 成弘  京都大学, 生命科学研究科, 助教授 (90346106)

研究分担者 日詰 光治  京都大学, 生命科学研究科, 教務職員 (10378846)
研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2006年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2005年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワードシャペロニン / 原子間力顕微鏡 / 1分子イメージング / 反応速度論 / 原子間力顕微鏡(AFM) / 分子シャペロン / 高速AFM / 1分子観察
研究概要

シャペロニンは、タンパク質のフォールティングを介助する分子シャペロンの一群であり、全ての生物において必須の役割を担っている。シャペロニンは、ATP加水分解を介したダイナミックな構造変化により、変性状態の基質タンパク質を自身の内部空洞に取り込み、そのフォールディングを介助することが知られている。しかし、このフォールディング反応の詳細な過程(ATPの結合・加水分解・解離にともなう構造変化等)に関しては、未解明の部分が多い。本研究課題では、新規に開発された高速走査型原子問力顕微鏡(高速AFM)を用いて、大腸菌のシャペロニンGroELのヌクレオチド依存的構造変化を一分子レベルでリアルタイムに可視化・解析する技術を確立し、以下の成果を得た。
1.高速AFMを用いて、5フレーム毎秒の速度で溶液中のGroEL一分子を観察する系を確立した。
2.ヌクレオチドの結合によるGroELの構造変化(open型とclosed型)、および、GroESのGroELへの結合解離反応を観察することに成功し、それらの反応速度定数等を得た。
3.GroELはヌクレオチド(ATP, ADP, ATP-γ-S, AMP-PNP, ADP+AlFxなど)存在下でopen型とclosed型の間で構造変化を繰り返していること、この構造変化はミリ秒以下の速度で起こること、ATP加水分解のエネルギーを直接必要としないことを明らかにした。
4.ヌクレオチドが結合したopen型GroELの構造安定性を調べると、ADP結合型の方がATP結合型よりも不安定であること、ATPの加水分解により構造が不安定化することがわかった。こうした結論は、以前に提唱された"2 timer mechanism"におけるタイマーの一つが、GroEL cis-ring内におけるATPの加水分解である可能性を強く示唆するものと考えられる。
5.同様の手法を用いて、グループII型シャペロニン(細胞質シャペロニンCCT、超好熱性古細菌(Thermococcus sp.KS-D由来シャペロニン)の観察を行い、その構造変化を示す初期データを得た。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (12件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Atomic force microscopy dissects the hierarchy of genome architecture in eukaryote prokaryote and ehloroplast2007

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      Microsc.Microanal. 13・1

      ページ: 3-12

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Topoisomerase II, scaffold component, promotes chromati compaction in vitro in a linker-histone H1-dependent manner.2007

    • 著者名/発表者名
      K.Hizume 他
    • 雑誌名

      Nucleic Acid Res. 35・8

      ページ: 2787-2799

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of glutathione-coupled cantilever for the single-molecule force measurement by scanning force microscopy2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      FEBS Letter 580・16

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fast-scanning stomic force microscopy reveals the ATP/ADP-dependent conformational changes of GroEL2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      EMBO J. 25・19

      ページ: 4567-4576

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fast-scanning atomic force microscopy revealed the molecular mechanism of DNA cleavage by Anal endonuclease.2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      IEE Proc.Nonobiotech. 153・4

      ページ: 60-66

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Comparative structural biology of the genome : Nano-scale imaging of single nucleus from different kingdoms reveals the chromatin built up2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      J.Electr.Microsc. 55・1

      ページ: 31-40

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Human ObgH1 and ObgH2 participate in the maintenance of mitochondria and nucleolar architectures.2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      Genes Cells 11

      ページ: 1295-1304

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fast-scanning atomic force microscopy revealed the molecular mechanism of DNA cleavage by Apal endonuclease.2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      IEE Proc.Nanobiotech. (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Comparative structural biology of the genome : Nano-scale imaging of single nucleus from different kingdoms reveals the chromatin built up on a 40 nm2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      Journal of Electron Microscopy (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Linker histone H1 per se can induce three-dimensional folding of chromatin fiber.2005

    • 著者名/発表者名
      K.Hizume, S.H.Yoshimura 他
    • 雑誌名

      Biochemistry 44・39

      ページ: 12978-12989

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase transition in reconstituted chromatin.2005

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura, K.Hizume 他
    • 雑誌名

      Europhys.Lett. 69・6

      ページ: 1024-1030

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Protective effect of vitamin c against double-strand breaks in reconstituted chromatin visualized by single-molecule observation2005

    • 著者名/発表者名
      K.Hizume 他
    • 雑誌名

      Biophys.J 90・3

      ページ: 993-999

    • NAID

      120000896373

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] Nuclear Dynamics2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura
    • 出版者
      Springer Verag
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Nuclear Dynamics2006

    • 著者名/発表者名
      S.H.Yoshimura
    • 出版者
      Springer Verlag(未定)
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2018-03-28  

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