ＡＴＰ駆動型分子モーターの局所的熱変調

• 研究領域: 水を主役としたＡＴＰエネルギー変換
• 研究課題/領域番号: 23118703
• 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: 複合領域
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井上 裕一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50323499)
• 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: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円); 2012年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2011年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 生物物理 / 分子モーター / ナノバイオ

研究実績の概要

生体分子の局所的温度制御を目指して、カーボンナノチューブ(CNT)へのレーザー光照射を用いた温度制御システムを開発し、アクトミオシンの運動計測を行うことで、ATP駆動型分子モーターの分子メカニズムを探った。
１）カーボンナノチューブ(CNT)を用いた温度制御システム
光学顕微鏡下で、CNTへ赤レーザー(633nm)を～3mW集光することによって、CNTとその局所近傍のみを加熱する実験系を構築した。誘導された温度上昇は、蛍光色素の強度または後述の滑り速度変化から、直径170nmのCNTで約10℃、直径60nmのCNTで約2℃と見積もられた。
２）CNT1本上でのアクトミオシン運動の活性化
昨年度成功したCNT上でのアクトミオシンの運動観察と、レーザー光照射による速度変化誘導を用いて、CNT上における運動を詳細に解析した。その結果、レーザー照射時の速度分布は、照射位置からの距離によって有意に減衰することを発見した。この速度分布を温度分布として換算し、熱伝導を有限要素法によって解析したところ、上昇温度はCNT長軸方向3700nm、短軸方向250nmでそれぞれ半減する温度分布が示唆され、CNTの熱伝導率が1600 W/(m.K)と算出された。CNTの水中での熱伝導計測、特に生体分子を用いた計測は初めてであり、今後さらに局所的な計測を進めることで、分子モーターを含めた様々な生体分子の１分子活性制御への発展が期待される。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Velocity-Dependent Actomyosin ATPase Cycle Revealed by In Vitro Motility Assay with Kinetic Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaaki K. Sato, Takashi Ishihara, Hiroto Tanaka, Akihiko Ishijima and Yuichi Inoue
  • 雑誌名: Biophysical Journal, 巻: 103 号: 4 ページ: 711-718
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2012.07.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordinated regulation of multiple flagellar motors by the Escherichia coli chemotaxis system (2012)
  • 著者名/発表者名: Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Akihiko Ishijima
  • 雑誌名: BIOPHYSICS 巻: 8 ページ: 59-66
  • DOI: 10.2142/biophysics.8.59
  • NAID: 130002061593
  • ISSN: 1349-2942
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coordinated Reversal of Flagellar Motors on a Single Escherichia coli Cell (2011)
  • 著者名/発表者名: Shun Terasawa, Hajime Fukuoka, Yuichi Inoue, Takashi Sagawa, Hiroto Takahashi, Akihiko Ishijima
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 100 号: 9 ページ: 2193-2200
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.03.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two methods of temperature control for single-molecule measurements. (2011)
  • 著者名/発表者名: Matthew A. B. Baker, Yuichi Inoue, Kuniaki Takeda, Akihiko Ishijima and Richard M. Berry
  • 雑誌名: European Biophysics Journal, 巻: 5 号: 5 ページ: 651-660
  • DOI: 10.1007/s00249-010-0667-y
  • 査読あり
• [学会発表] Local heating of molecular motors using single carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Inoue
  • 学会等名: Symposium on Hydration and ATP Energy 2013
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2013-03-06
• [学会発表] べん毛モーターの簡単な回転解析はいかがでしょう (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上 裕一
  • 学会等名: 第18回べん毛研究交流会
  • 発表場所: 群馬県渋川市
  • 年月日: 2013-03-03
• [学会発表] Direct imaging of CheY-binding to a functioning bacterial flagellar motor (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Fukuoka
  • 学会等名: BLAST XII meeting (Bacterial Locomotion and Signal Transduction)
  • 発表場所: USA,Tucson
  • 年月日: 2013-01-20
• [学会発表] カーボンナノチューブを用いた生体分子モーター運動の活性化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上 裕一
  • 学会等名: ２０１３年 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 東広島市
  • 年月日: 2013-01-12
• [学会発表] Local heating of myosin and kinesin motors on carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上 裕一
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Thermal response of the myosin motors on single carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田 光範
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Measurement of cellular response of single E. coli cell to the photoreleased serine (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐川 貴志
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] ATP駆動型分子モーターの局所的熱変調 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上 裕一
  • 学会等名: 公開シンポジウム「ゆらぎと水-生命のエネルギーと機能の分子機構を探る」
  • 発表場所: 大阪市
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] Activation of biological motors by local heating of single carbon Nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Inoue
  • 学会等名: International symposium on innovative nanobiodevices 2012
  • 発表場所: Japan, Nagoya
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] Coordinated regulation of multiple locomotive apparatus in a single bacterial cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Hajime Fukuoka
  • 学会等名: International symposium on innovative nanobiodevices 2012
  • 発表場所: Japan, Nagoya
  • 年月日: 2012-03-21
• [学会発表] べん毛モーターの局所的温度制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: べん毛研究交流会
  • 発表場所: 静岡県伊豆市
  • 年月日: 2012-03-10
• [学会発表] ATP駆動型分子モーターの局所的熱変調 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」第4回全体会議
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] 生体分子モーター運動の光制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: FIRST川合プロジェクト2011年度末報告会
  • 発表場所: 東京都港区
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] Role of the polar localization of CheZ for the propagation of intracellular signal in bacterial chemotaxis system (2012)
  • 著者名/発表者名: Hajime Fukuoka
  • 学会等名: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • 発表場所: USA, Ventura
  • 年月日: 2012-01-18
• [学会発表] Temperature dependences of torque generation and membrane voltage measured for bacterial flagellar motor (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Inoue
  • 学会等名: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • 発表場所: USA, Ventura
  • 年月日: 2012-01-18
• [学会発表] Single cellular response time to chemoattractant photoreleased from caged compound triggered by Real-Time Video Nanometry (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sagawa
  • 学会等名: Gordon Research Conferences (SENSORY TRANS DUCTION IN MICROORGANISMS)
  • 発表場所: USA, Ventura(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-18
• [学会発表] カーボンナノチューブへの局所レーザー照射によるアクトミオシン運動制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永田光範
  • 学会等名: 2012年生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2012-01-06
• [学会発表] カーボンナノチューブで分子モーターを局所的に活性化する (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上 裕一
  • 学会等名: 生物物理・東北支部会
  • 発表場所: 仙台市
• [学会発表] 局所加熱による生体分子モーターの活性化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: CREST「生命現象」シンポジウム
  • 発表場所: 東京都文京区
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Local heating of myosin motors using single carbon nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: 永田光範
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 姫路市
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Real-time video nanometry and controlled laser irradiation reveals a cellular response time of E.coli cell for chemoattractant (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐川貴志
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 姫路市
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Consideration of the role of CheZ in the intracellular signaling of Escherichia coli cell (2011)
  • 著者名/発表者名: 福岡創
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 姫路市
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 生体分子モーター運動の光制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: FIRST川合プロジェクト2011年度中間報告会
  • 発表場所: 静岡県伊豆市
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] ATP駆動型モーターの局所的熱変調 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上裕一
  • 学会等名: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」全体会議
  • 発表場所: 大阪市
  • 年月日: 2011-08-11
• [備考] 論文リスト
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/ishijima/paper.html
• [備考]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/ishijima/paper.html