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分子モーターの構造揺らぎを調べる超高速配向イメージング法の開発

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107720
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

飯野 亮太  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (70403003)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2011年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード分子モーター / 1分子計測 / 揺らぎ / 1分子計測
研究実績の概要

モータータンパク質の構造変化と揺らぎを明らかにするため、金ナノ粒子をプローブとした超高速・高空間分解能の検出法を開発した。全反射型レーザー暗視野顕微鏡を用いた金コロイドの検出では重心解析により、10マイクロ秒の時間分解能かつ数nmの位置決定精度で運動を検出することに成功した。さらに、金ナノロッドをプローブとした超高速配向イメージング法を開発した。金ナノロッドは長軸・短軸方向に沿って散乱が偏光するため、散乱の強度や散乱パターンのイメージングにより、その配向を決めることができる。重心位置がほとんど変化しない微小な回転運動に対しても有効で、並進方向の揺らぎによる影響を受けずに、高い角度分解能でモータータンパク質の構造変化を検出可能であった。
さらに、落斜型レーザー暗視野顕微鏡のデフォーカスイメージングにより、金ナノロッドの配向を10マイクロ秒の時間分解能かつ数度の角度分解能で検出することに成功し、ATP駆動回転分子モーターF1の回転子サブユニットγおよびトルク発生サブユニットβの構造変化と揺らぎを計測した。我々の方法は、蛍光や高速AFMを用いた従来の手法よりも時間分解能をずっと上げることが可能であった。
また全反射型レーザー暗視野顕微鏡を用い、微小管上を歩くリニアモーターであるキネシンの片足に金コロイドを結合させてその動きを高時間・空間分解能で測定することに成功した。キネシンは微小管に片足が結合した状態でATPの結合を待つことが知られているが、結合していない浮いた足の揺らぎの大きさや方向性は明らかでなかった。観察の結果、金コロイドを標識した片足は微小管に沿って16ナノメートルずつ進むだけでなく、微小管に垂直な右方向にも大きく揺らぐことが明らかになった。この結果は、片足結合状態においてキネシンの浮いた足は常に右方向に揺らぐという構造異方性が存在することを示していた。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Biased Brownian stepping rotation of FoF1-ATP synthase driven by proton motive force2013

    • 著者名/発表者名
      Watanabe R, Tabata KV, Iino R, Ueno H, Iwamoto M, Oiki S, Noji H
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 4 号: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1038/ncomms2631

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operation mechanism of F_oF_1-adenosine triphosphate synthase revealed by its structure and dynamics2013

    • 著者名/発表者名
      Iino R, Noji H
    • 雑誌名

      IUBMB Life

      巻: 65 号: 3 ページ: 238-246

    • DOI

      10.1002/iub.1120

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Label-free single-particle imaging of the influenza virus by objective-type total internal reflection dark-field microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Enoki S
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 7(11) 号: 11 ページ: e49208-e49208

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0049208

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Mechanism of ATP Hydrolysis in F_1-ATPase Revealed by Molecular Simulations and Single-Molecule Observations2012

    • 著者名/発表者名
      Shigehiko Hayashi, Hiroshi Ueno, Abdul Rajjak Shaikh, Myco Umemura, Motoshi Kamiya, Yuko Ito, Mitsunori Ikeguchi, Yoshihiro Momoriya, Ryota Iino, Hiroyuki Noji
    • 雑誌名

      Journal of American Chemical Society

      巻: 134 号: 20 ページ: 8447-8454

    • DOI

      10.1021/ja211027m

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotary catalysis of the stator ring of F(1)-ATPase2012

    • 著者名/発表者名
      Iino R, Noji H
    • 雑誌名

      Science

      巻: (First published online) 号: 10 ページ: 1732-1739

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2012.03.011

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書 2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical modulation of catalytic power on F_1-ATPase2011

    • 著者名/発表者名
      Watanabe R, et al.
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 8 号: 1 ページ: 86-92

    • DOI

      10.1038/nchembio.715

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Operation mechanism of rotary molecular motor F1 probed by single-molecule techniques2013

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 年月日
      2013-03-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Rotary catalysis of the stator ring of F1-ATPase, a nanomotor made by protein2012

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino
    • 学会等名
      1st International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)
    • 発表場所
      Brisbane, Australia
    • 年月日
      2012-10-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Rotary catalysis of the stator ring of F1-ATPase2012

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino
    • 学会等名
      The 17th European Bioenergetics Conference (EBEC 2012)
    • 発表場所
      Freiburg, Germany
    • 年月日
      2012-09-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule studies of ATP synthase, a complex of two rotary nan somotors2012

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino
    • 学会等名
      The Symposium on Bioinspired Materials and Functionalities
    • 発表場所
      Groningen, Netherlands(招待講演)
    • 年月日
      2012-06-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Direct observation of rotary catalysis of rotorless F1-ATPase by high-speed atomic force microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      Biophysical Society 56th Annual Meeting
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 年月日
      2012-02-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ATP駆動モーターの揺らぎとメカニズム2012

    • 著者名/発表者名
      飯野亮太、榎佐和子、野地博行
    • 学会等名
      新学術領域「揺らぎと生体機能」「水和とATP」 合同公開シンポジウム 「ゆらぎと水#8722;生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
    • 発表場所
      大阪ガーデンパレス(大阪府)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct observation of rotary catalysis of rotorless F1-ATPase by high-speed atomic force microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iino, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando, Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      17th International Biophysics Congress
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011-11-02
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Detection of rotation of F1-ATPase using high-speed orientational detection of gold nanorod2011

    • 著者名/発表者名
      Sawako Enoki, Ryota Iino, Hiroyuki Noji
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      兵庫
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] DOJIN BIOSCIENCEシリーズ「生体分子の動きを探る -揺らぎと生体機能-」Part IV 機能とダイナミクス 第15章1節「モータータンパク質」2013

    • 著者名/発表者名
      飯野亮太
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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