かぎりなくタンパク質に優しい高速原子間力顕微鏡の開発

• 研究課題/領域番号: 17K19042
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノマイクロ科学およびその関連分野
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 山本 大輔 福岡大学, 理学部, 教授 (80377902)
• 研究分担者: 武藤 梨沙 福岡大学, 理学部, 助教 (10622417)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 走査プローブ顕微鏡 / ナノバイオ / 蛋白質 / 原子間力顕微鏡 / 生物物理

研究成果の概要

原子間力顕微鏡（AFM）測定において探針－タンパク質試料間に働く相互作用をかぎりなく低減させる新規なAFMを開発した。本方法による探針とタンパク質試料との間に働く力を見積もった。その結果、従来の高速AFMと比較して力を低減できることがわかった。GroELを測定し、本方法によりタンパク質に対する侵襲性が低く抑えられることを確認した。また、バクテリオロドプシンの測定では、サブユニット内にこれまでのAFM測定では観察されなかった膜面からの突出部位が認められた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質は柔軟な分子機械であるため、そのありのままの動態を解析するためには、測定がタンパク質に与える擾乱を可能な限り低減させる必要がある。本研究で開発したAFM測定法は、探針－試料間相互作用の大きさを極めて小さくすることができる。そのため、従来のAFM測定法と比較して、タンパク質が本来供えている構造動態を乱すことなく測定することができると考えられる。本手法を拡張することで、将来的に多様なAFM測定法が開発されることにつながることも期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Electron transport pathways in isolated chromoplasts from Narcissus pseudonarcissus L. (2019)
  • 著者名/発表者名: Grabsztunowicz Magda、Mulo Paula、Baymann Frauke、Mutoh Risa、Kurisu Genji、Setif Pierre、Beyer Peter、Krieger‐Liszkay Anja
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: - 号: 2 ページ: 245-256
  • DOI: 10.1111/tpj.14319
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray structure of an asymmetrical trimeric ferredoxin-photosystem I complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Kubota-Kawai Hisako、Mutoh Risa、Shinmura Kanako、Setif Pierre、Nowaczyk Marc M.、Rogner Matthias、Ikegami Takahisa、Tanaka Hideaki、Kurisu Genji
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 4 号: 4 ページ: 218-224
  • DOI: 10.1038/s41477-018-0130-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray crystallographic and high-speed AFM studies of peroxiredoxin 1 from Chlamydomonas reinhardtii (2018)
  • 著者名/発表者名: Charoenwattanasatien Ratana、Tanaka Hideaki、Zinzius Karen、Hochmal Ana K.、Mutoh Risa、Yamamoto Daisuke、Hippler Michael、Kurisu Genji
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 巻: 74 号: 2 ページ: 86-91
  • DOI: 10.1107/s2053230x17018507
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Association of ferredoxin:NADP+ oxidoreductase with the photosynthetic apparatus modulates electron transfer in Chlamydomonas reinhardtii. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mosebach, L., Heilmann, C., Mutoh, R., Gaebelein, P., Steinbeck, J., Happe, T., Ikegami, T., Hanke, G., Kurisu, G., Hippler, M.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 134 号: 3 ページ: 291-306
  • DOI: 10.1007/s11120-017-0408-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamics and energetics of cyanobacterial photosystem I:ferredoxin complexes in different redox states (2017)
  • 著者名/発表者名: Setif Pierre、Mutoh Risa、Kurisu Genji
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1858 号: 7 ページ: 483-496
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2017.04.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 強光下における光合成膜内タンパク質の動的挙動解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 太田明香音、武藤梨沙、得津隆太郎、皆川純、山本大輔
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ホウレンソウグラナ膜における光化学系II分子間相互作用の高速AFMによる解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本大輔
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] ホウレンソウ由来ストロマラメラに内在するF0 c-リングの原子間力顕微鏡による観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本大輔、武藤梨沙
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 光化学系I-フェレドキシン複合体の構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武藤梨沙
  • 学会等名: NMR若手研究会
  • 招待講演
• [学会発表] X-ray structure of the type-I reaction center from Heliobacterium modesticaldum at 3.2 Å resolution (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nakaniwa, R. Mutoh, K. Fushimi, A. Yasuda, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, C. Azai, H. Tanaka, S. Itoh, H. Oh-oka, G. Kurisu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] The dynamics of photosystem 2 and light-harvesting complex 2 in spinach grana membrane revealed by high-speed AFM (2017)
  • 著者名/発表者名: Risa Mutoh, Takahiro Iida, Daisuke Yamamoto
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会