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ESR動的解析法による筋運動スイッチマシナリーと常磁性イオン流モーターの解明

公募研究

研究領域運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性
研究課題/領域番号 25117512
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 生物系
研究機関大阪大学

研究代表者

荒田 敏昭  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70151165)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2014年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードトロポミオシン / トロポニン / アクチン / イオン膜輸送 / 電子スピン共鳴 / P型ATPase / 銅イオン配位結合 / スピンラベル
研究実績の概要

電子スピン共鳴ESRによる蛋白質の動的構造の原子レベル解析を行った。1)トロポミオシン(Tm)全長にわたってアミノ酸をシステインに変異させてスピンラベルSL標識し、筋肉の細いフィラメント(超分子複合体)を再構成して測定したSL側鎖運動性はCaイオンによって全く変化しない。今年度は、アクチンとTm間のSLまたはMn-SL距離の精密測定し、その距離マップから、Tmとアクチンの結晶構造の相互位置を動かし、複合体の立体構造のモデル作成に成功した。2)イオン輸送P型ATPaseは、細菌鞭毛やF1F0のイオン流と回転・構造変化との間のエネルギー変換とは共通原理があると考えられる。そこで、銅イオン輸送ATPase TtCopBに結合したCu2+のみのESRスペクトルを、PH7.4で遊離のCu2+をESR-silentにすることにより取得することに成功した。2個Cu2+が強く結合したESRスペクトルのg値、超微細結合定数から、Type2のCu2+配位構造が明らかとなった。また、N原子が近傍に存在することによる7本の吸収線が見られた。さらに3-10個のCu2+を結合させたところ、配位構造がやや異なるType2の結合であることがわかった。N末端の30アミノ酸を除去したCopBでは約3個のCu2+結合が見られ、N末端領域に多数のCu2+結合するリザーバーがあることがわかった。intact CopBに結合させた2個のCu2+の低温スペクトルはATP加水分解中に凍結した場合も変化は小さかったことから、配位構造の変化した中間状態は過渡的に形成されている可能性が示唆された。そこで、ATP迅速混合凍結法やリン酸アナログにより中間状態をトラップして調べる計画である。また、CopBのアミノ酸をスピンラベルSL標識し、SLと常磁性Cu2+の距離をマッピングしATP分解中のイオンの位置を決定することを目指したい。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Internal dynamics of F-actin and myosin subfragment-1 studied by quasielastic neutron scattering2015

    • 著者名/発表者名
      T Matsuo, T Arata, T Oda, K Nakajima, S Ohira-Kawamura, T Kikuchi, S Fujiwara
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: 459(3) 号: 3 ページ: 493-497

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2015.02.134

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Site-directed spin labeling-ESR mapping of the residues of cyanobacterial clock protein KaiA that are affected by KaiA-KaiC interaction.2014

    • 著者名/発表者名
      Ishii K, Terauchi S, Murakami R, Valencia Swain J, Mutoh R, Mino H, Maid K, Arata T, Ishiura M
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: 19 号: 4 ページ: 297-324

    • DOI

      10.1111/gtc.12130

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nucleotide-dependent displacement and dynamics of the α-1 helix in kinesin revealed by site-directed spin labeling EPR2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuda S, Yanagi T, Yamada MD, Ueki S, Maruta S, Inoue A, Arata T.
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: 443 号: 3 ページ: 911-916

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2013.12.063

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Difference in hydration structures between F-actin and myosin subfragment-1 detected by small-angle X-ray and neutron scattering2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhito Matsuo, Toshiaki Arata, Toshiro Oda, Satoru Fujiwara
    • 雑誌名

      BIOPHYSICS

      巻: 9 号: 0 ページ: 99-106

    • DOI

      10.2142/biophysics.9.99

    • NAID

      130003366036

    • ISSN
      1349-2942
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ESRによる銅Cu2+(II)輸送P1B-type ATPase の常磁性金属イオン結合 構造の解析2014

    • 著者名/発表者名
      安田哲、植田恭広、堀本拓也、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第40回討論会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2014-12-11 – 2014-12-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ESR Spectroscopy on Metal binding Sites in Cu2+-Transporting ATPase Protein2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuda, S. et al. and Arata, T.
    • 学会等名
      APES2014/IES2014/SEST2014(国際会議)
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ESRによる筋肉細いフィラメントにおけるアクチンとCa調節タンパク質の動的構造2014

    • 著者名/発表者名
      辻元由起、山本晃衣、植田啓介、荒田敏昭
    • 学会等名
      第52回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2013)
    • 発表場所
      大宮
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] キネシンにおけるα-1ヘリックスのヌクレオチド依存的変位:スピンラベルESR距離測定による検出2014

    • 著者名/発表者名
      安田哲、楊貴成、山田正文、丸田晋策、荒田敏昭
    • 学会等名
      第52回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2013)
    • 発表場所
      大宮
    • 年月日
      2014-10-24 – 2014-10-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Calcium-dependent structural dynamics of actin and tropomyosin in the thin filament with bound myosin heads in rigor state as studied by spin-labeling EPR spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      T. Arata K. Ueda, A. Yamamoto, T. Aihara, S. Ueki, and M. Miki
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 銅Cu(II)輸送P1B-type ATPaseの金属イオン結合構造の解析2014

    • 著者名/発表者名
      安田哲、堀本拓也、大門大朗、植田恭広、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structural dynamics of actin, tropomyosin, and troponin in the thin filament as studied by spin-labeling dipolar EPR spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      T. Arata, K. Ueda, C. Zhao, T. Somiya, A. Yamamoto, T. Aihara, S. Ueki, M. Miki
    • 学会等名
      European Muscle Conference 2014
    • 発表場所
      Salzburg, Austria
    • 年月日
      2014-09-11 – 2014-09-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ESRを使ってタンパク質がわかる2014

    • 著者名/発表者名
      荒田敏昭
    • 学会等名
      第18回ESRフォーラム研究会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-07-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 銅Cu(II)輸送P1B-typeATPaseの金属イオン結合構造のESR解析2014

    • 著者名/発表者名
      安田哲、植田恭広、堀本拓也、植木正二、桑原直之、荒田敏昭
    • 学会等名
      第18回ESRフォーラム研究会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-07-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structural Dynamics of Motor Protein and Pump Protein as Revealed by Site Directed Spin Labeling EPR Spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Arata T
    • 学会等名
      第2回電子スピンサイエンス淡路国際ワークショップ(AWEST2014)
    • 発表場所
      Awaji, Hyogo, Japan
    • 年月日
      2014-06-15 – 2014-06-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微小管に結合中のキネシンにおいてATP結合とネックリンカーのドッキングとを連動させるα-1ヘリックスの変位:ESRによる検出2013

    • 著者名/発表者名
      安田哲、楊貴成、高井進二、山田正文、丸田晋策、植木正二、荒田敏昭
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第39回討論会
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2013-12-18 – 2013-12-20
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] CW-とパルス-ESR とスピンラベルを使ってタンパク質についてわかること2013

    • 著者名/発表者名
      荒田敏昭
    • 学会等名
      分子研研究会「先端スピン計測技術による分子性物質研究の現状と展望」
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      2013-12-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Structural dynamics of N-terminal extension of cardiac troponin I by site-directed spin-labeling EPR2013

    • 著者名/発表者名
      C. Zhao, S.Takai, H. Yamashita, T. Somiya, K. Ueda, S. Ueki, and T. Arata
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Structural dynamics of actin and Ca-regulatory proteins in muscle thin filament by using ESR2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsujimoto, A. Yamamoto, K. Ueda, and T. Arata
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nucleotide-dependent displacement and dynamics of α-1 helix in motor protein kinesin as revealed by site-directed spin-labeling ESR2013

    • 著者名/発表者名
      S. Yasuda, T. Yanagi, M. Yamada, S. Maruta, and T. Arata
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Interactions between cyanobacterial clock proteins KaiA and KaiC revealed by ESR analysis2013

    • 著者名/発表者名
      K. Ishi, T. Arata, M. Ishiura
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2013-10-28 – 2013-10-30
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Calcium-dependent Interaction Sites of Tropomyosin on Muscle Thin Filaments with Bound Myosin Heads as Studied by Site-Directed Spin-Labeling2013

    • 著者名/発表者名
      植田啓介、木邑崎山智恵子、相原朋樹、三木正雄、荒田敏昭
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 筋肉細いフィラメントにおけるアクチンとCa調節タンパク複合体のESR構造解析2013

    • 著者名/発表者名
      辻元由起、山本晃衣、植田啓介、荒田敏昭
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 微小管に結合したキネシンにおけるα-1ヘリックスのヌクレオチド依存的動的構造:スピンラベルESR距離測定による検出2013

    • 著者名/発表者名
      安田哲、楊貴成、山田正文、丸田晋策、荒田敏昭
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2013-09-12 – 2013-09-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] SDSL-ESR によるタンパク質複合体の構造研究: フレキシブル構造・相互作用部位・ドメイン運動2013

    • 著者名/発表者名
      荒田敏昭
    • 学会等名
      第17回ESRフォーラム研究会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2013-07-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Identification of Interaction Sites of Protein Complexes Working in Heart Muscle Regulation and Bacterial Clock by Site Directed Spin Labeling EPR2013

    • 著者名/発表者名
      T. Arata, K. Ishii, C. Zhao, K. Ueda, S. Ueki, M. Ishiura
    • 学会等名
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • 発表場所
      Awaji, Hyogo, Japan
    • 年月日
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural dynamics of actin and Ca-regulatory proteins in muscle thin filament by using ESR2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsujimoto, A. Yamamoto, K. Ueda, and T. Arata
    • 学会等名
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • 発表場所
      Awaji, Hyogo, Japan
    • 年月日
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Nucleotide-dependent Displacement and Dynamics of Alpha-1 Helix in Motor Protein Kinesin As Revealed by Site Directed Spin Labeling ESR2013

    • 著者名/発表者名
      S. Yasuda, T. Yanagi, M. Yamada, S. Maruta, and T. Arata
    • 学会等名
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • 発表場所
      Awaji, Hyogo, Japan
    • 年月日
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Structural Dynamics of N-terminal Extension of Cardiac Troponin I by Site Directed Spin Labeling-EPR2013

    • 著者名/発表者名
      C. Zhao, S.Takai, H. Yamashita, T. Somiya, S. Ueki, and T. Arata
    • 学会等名
      第1回淡路国際ワークショップ AWEST2013 (The 1st Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
    • 発表場所
      Awaji, Hyogo, Japan
    • 年月日
      2013-06-16 – 2013-06-18
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2018-03-28  

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