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タンパク質モーターによるオルガネラ輸送への非平衡統計力学関係式の応用

公募研究

研究領域理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
研究課題/領域番号 26104501
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
研究機関東北大学

研究代表者

林 久美子  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00585979)

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
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2015年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード生物物理 / 非平衡統計力学 / タンパク質モーター
研究実績の概要

柔らかな分子であるタンパク質のゆらぎについて研究した。ゆらぎは柔らかな分子の特徴の一つである。細胞小器官がモータータンパク質、キネシン、ダイニンに輸送される現象について、ゆらぎ解析から1つの細胞小器官を輸送するモータータンパク質の力や数を議論した。マウスから神経節を採取し、神経細胞を培養した。神経細胞内の細胞小器官を蛍光観察し、重心位置を高い時間分解能で計測した。非平衡統計力学を用いて重心位置に含まれるゆらぎを解析し、輸送中の細胞小器官にかかる力を測定した。ゆらぎ解析から得られた力の分布を見ると、離散的であり、複数のピークを持つ事がわかった。これは1つの細胞小器官が複数のモータータンパク質に輸送されることを示唆する。柔らかな分子の特徴であるゆらぎから、細胞小器官の輸送メカニズムを調べる事が可能になった。

また、回転タンパク質モーターF1-ATPaseの研究では、ゆらぎを特徴付ける量である拡散係数の外部トルク依存性を調べた。拡散のGiant Accelerationという現象は拡散の外場に対する共鳴現象である。この共鳴現象を利用して、F1の回転ポテンシャルエネルギーを測定する理論を提案し、実験に応用した。回転電場によってF1に外部トルクを加え、回転拡散係数を測定した。外部トルクの値がポテンシャルの深さに相当する時に拡散係数の大きさは最大になり、その値から回転ポテンシャルエネルギーの深さを推定する事ができた。

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

    (8件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Giant enhancement of fluctuation in small biological systems2016

    • 著者名/発表者名
      K. Hayashi, S. Hasegawa and S. P. Tsunoda
    • 雑誌名

      J. Stat. Mech.

      巻: 未定

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Giant acceleration of diffusion observed in a single-molecule experiment on F1-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      R. Hayashi, K. Sasaki, S. Nakamura, S. Kudo, Y. Inoue, H. Noji and K. Hayashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 114 号: 24 ページ: 248101-248101

    • DOI

      10.1103/physrevlett.114.248101

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] F1subunit reinforces torque generation in V-ATPase2014

    • 著者名/発表者名
      Junichi Kishikawa, Akihiko Seino, Atsuko Nakanishi, Naciye Esma Tirtom, Hiroyuki Noji, Ken Yokoyama, Kumiko Hayashi
    • 雑誌名

      European Biophysics Journal

      巻: 43 号: 8-9 ページ: 415-422

    • DOI

      10.1007/s00249-014-0973-x

    • 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
  • [学会発表] ゆらぎからモーター数を数える ~複数分子モーターによる協同的オルガネラ輸送~2015

    • 著者名/発表者名
      林久美子
    • 学会等名
      第38回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ゆらぎ計測によるゼブラフィッシュ色素顆粒輸送の力-速度関係2015

    • 著者名/発表者名
      長谷川慎、池田一穂、岡田康志、林久美子
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] 神経細胞オルガネラ輸送におけるキネシンとダイニンの数の測定:揺らぎの定理の応用2015

    • 著者名/発表者名
      林久美子、岡田康志
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] 回転電場を用いた F1-ATPase の一分子計測による 拡散の Giant acceleration の観察II2014

    • 著者名/発表者名
      林 龍之介 , 中村 修一 , 工藤 成史 , 佐々木 一夫 , 野地 博行 , 林 久美子
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • 年月日
      2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 複数のキネシンによる協調的カーゴ輸送のメカニズムの解明2014

    • 著者名/発表者名
      澤入 尚人, 有賀 隆行, 岩城 光宏, 富重 道雄, 林 久美子
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌)
    • 年月日
      2014-09-27
    • 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: 2018-03-28  

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