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高速AFMを用いたKaiタンパク質の複合体形成過程のダイナミクス観察

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 26102515
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
研究機関金沢大学

研究代表者

内橋 貴之  金沢大学, 数物科学系, 教授 (30326300)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015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)
2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード一分子計測(SMD) / 蛋白質 / 走査プローブ顕微鏡 / ナノバイオ / タンパク質 / 一分子イメージング / 走査型プローブ顕微鏡 / 高速原子間力顕微鏡
研究実績の概要

前年度までにKaiAはKaiCのCIIリング側のみに結合でき、リン酸化KaiCには結合解離を繰り返し、脱リン酸化KaiCには長時間結合することを明らかにした。本年度は、KaiC-KaiA間の相互作用をさらに詳細に調べため、試験管中にKaiA/KaiB/KaiCとATPを混合し、一定時間ごとに試験管から取り出して、KaiCを基板に吸着した状態でKaiAとの相互作用を観察した。その結果、KaiAがKaiCに結合した後に解離するまでの解離速度定数(Koff)がKaiCのリン酸化状態に同期して24時間周期で振動することを見出した。さらに、KaiCの二ヶ所のリン酸化部位(S431, T432)それぞれに対してリン酸化と脱リン酸化状態をミミックした変異体(KaiC-ST, KaiC-SpT, KaiC-pSpT, KaiC-pST)へのKaiAの結合解離を観察し、S431のリン酸化状態がKaiAとの相互作用に最も影響を及ぼしていることもわかった。
一方、 KaiBに関してはリン酸化KaiCのCIIリングにも結合することを前年度に明らかにしたが、これについても本年度さらに検討を進めた。リン酸化KaiCが自己脱リン酸化されていく過程で、KaiCに結合するKaiBの分子数を調べたところ、最初は結合分子数は脱リン酸化とともに増加し、約5時間後をピークに減少に転じることがわかった。電気泳動によるKaiCの二ヶ所のリン酸化部位における自己脱リン酸化過程と比較したところ、KaiBのKaiCへの親和性もS431のリン酸化状態に依存していることがわかった。また、KaiCと親和性を高くした変異体KaiBでの測定から、KaiBモノマーはKaiC六量体のサブユニットに協同的に結合することを明らかにした。
これらの成果はKaiタンパク質の分子間相互作用を一分子レベルで解析し、さらに、分子の結合と解離が概日周期と直接的に相関していることを示した初めての例であり、現在、国際共同研究を通じて数理計算による詳細な解析を進めており、高速AFM解析と合わせて概日周期の分子機構に迫れるものと期待される。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 4件、 招待講演 18件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] Vanderbilt University/Spring Hill College(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Functional extension of high-speed AFM for wider biological applications.2016

    • 著者名/発表者名
      Uchihashi T, Watanabe H, Fukuda S, Shibata M, Ando T.
    • 雑誌名

      Ultramicroscopy

      巻: 160 ページ: 182-196

    • DOI

      10.1016/j.ultramic.2015.10.017

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Potential pre-pore trimer formation by the Bacillus thuringiensis mosquito-specific toxin: Molecular insights into a critical prerequisite of membrane-bound monomers2015

    • 著者名/発表者名
      Wilaiwan Sriwimol, Aratee Aroonkesorn, Somsri Sakdee, Chalermpol Kanchanawarin, Takayuki Uchihashi, Toshio Ando and Chanan Angsuthanasombat
    • 雑誌名

      The Journal of Biological Chemistry

      巻: 290 号: 34 ページ: 20793-20803

    • DOI

      10.1074/jbc.m114.627554

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Method of mechanical holding of cantilever chip for tip-scan high-speed atomic force microscope.2015

    • 著者名/発表者名
      Fukuda S, Uchihashi T, Ando T.
    • 雑誌名

      Rev Sci Instrum.

      巻: 86 号: 6 ページ: 063703-063703

    • DOI

      10.1063/1.4922381

    • NAID

      120005647653

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Long-tip high-speed atomic force microscopy for nanometer-scale imaging in live cells2015

    • 著者名/発表者名
      M. Shibata, T. Uchihashi, T. Ando and R. Yasuda
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 8724-8724

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing structural dynamics of an artificial protein cage using high-speedatomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      M. Imamura, T. Uchihashi, T. Ando, A. Leifert, U. Simon, A. D. Malay and J. G. Heddle
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 15 号: 2 ページ: 1331-1335

    • DOI

      10.1021/nl5045617

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-way traffic of glycoside hydrolase family 18 processive chitinases on crystalline chitin2014

    • 著者名/発表者名
      K. Igarashi, T. Uchihashi, T. Uchiyama, H. Sugimoto, M. Wada, K. Suzuki, S. Sakuda, T. Ando, T. Watanabe, and M. Samejima
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 5 ページ: 3975-3975

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] キチナーゼによる結晶性キチンのプロセッシブ(連続的)な分解機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      杉本華幸, 五十嵐圭日子, 内橋貴之, 鈴木一史, 渡邉剛志
    • 雑誌名

      日本応用糖質化学会誌

      巻: 4 ページ: 107-112

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] 高速原子間力顕微鏡による生体試料のダイナミクス観察2014

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 雑誌名

      膜誌

      巻: 39 ページ: 322-328

    • NAID

      130005069445

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] 高速原子間力顕微鏡による生体分子のナノ動体撮影2014

    • 著者名/発表者名
      古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 69 ページ: 459-464

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で探る生体分子の機能ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      表面科学技術研究会2016 生きている固体と界面 ~走査型プローブ顕微鏡で探る~
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2016-01-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で可視化する生体分子の構造ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      2015年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で可視化するタンパク質の機能動態2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      第8回北陸合同バイオシンポジウム
    • 発表場所
      山中温泉、石川
    • 年月日
      2015-10-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct Visualization of Single Molecule Dynamics at Work with High-Speed Atomic Force Microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      The 15th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • 発表場所
      KIAS、ソウル
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Flexibility and Chaperon Activity of ClpB Observed by High-Speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      Symposium: Functions of biomolecules controlled by flexibility”、第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule manipulation and control of protein conformational dynamics using high-speed AFM2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      KAKENHI International Symposium on “Studying the Function of Soft Molecular Systems”
    • 発表場所
      未来科学館、台場
    • 年月日
      2015-07-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy: A new tool for studying protein dynamics at work2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      IMS Asian International Symposium “Supramolecular Dynamics at the Interface of Chemistry and Biology”
    • 発表場所
      岡崎統合バイオ、岡崎
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で可視化する分子動態と細胞運動2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第71回学術講演会
    • 発表場所
      京都国際会議場
    • 年月日
      2015-05-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed atomic force microscope for imaging of biomolecular dynamics at solid surface2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      10th Annual International Electromaterials Science Symposium
    • 発表場所
      Wollongong, Australia
    • 年月日
      2015-02-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Visualization of single molecule dynamics at work with high-speed atomic force microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      The 7th Biennial Australian Colloid & Interface Symposium
    • 発表場所
      Hobart, Tasmania, Australia
    • 年月日
      2015-02-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡によるタンパク質のダイナミクスと物性計測2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      NIBBバイオイメージングフォーラム「物理特性のイメージング」
    • 発表場所
      基礎生物学研究所, 愛知県
    • 年月日
      2015-01-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡の開発とバイオ応用2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      新世代研究所 水和ナノ構造・界面ナノ科学合同研究会「固液界面の水和ナノ構造と生体高分子ダイナミクス」
    • 発表場所
      伊豆長岡温泉 天坊, 静岡県
    • 年月日
      2015-01-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed atomic force microscope for studying dynamic interactions in biomolecular system2015

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • 発表場所
      合歓の郷,三重県
    • 年月日
      2015-01-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule imaging of proteins at work with high-speed atomic force microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      16th International Conference on Retinal Proteins
    • 発表場所
      長浜ロイヤルホテル, 滋賀県
    • 年月日
      2014-10-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cooperative Conformational Change in Ring-Shaped ATPase Observed by High-Speed AFM2014

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会 Japan-China-Taiwan Joint Symposium on Cooperativity in Supramolecular Machine
    • 発表場所
      札幌国際会議場, 北海道
    • 年月日
      2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy for imaging of protein dynamics2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      Agilent Nanomeasure 2014
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2014-09-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによる生体試料のダイナミクス観察2014

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      日本膜学会第36回年会境界領域シンポジウム
    • 発表場所
      早稲田大学, 東京都
    • 年月日
      2014-05-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Visualization of single molecule dynamics at work with high-speed atomic force microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      Single Protein Dynamics in Cellulo 2014: Spatio-Temporal, Structural and Quantitative Analyses
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学院大学、沖縄県
    • 年月日
      2014-04-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] “光と生命の辞典” 第5章 「光による生命現象の計測」177節 高速原子間力顕微鏡2015

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 総ページ数
      436
    • 出版者
      朝倉書店
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] “Development of high-speed AFM and its biological applications”, Chapter 8 in Atomic Force Microscopy in Nanobiology2014

    • 著者名/発表者名
      T. Uchihahsi, N. Kodera and T. Ando
    • 総ページ数
      34
    • 出版者
      Pan Stanford Publishing
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2022-01-28  

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