FoFl-ATP合成酵素の回転動作機構の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス
• 研究課題/領域番号: 18074005
• 研究種目: 特定領域研究
• 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: 野地 博行 大阪大学, 産業科学研究所, 招へい教授 (00343111)
• 研究分担者: 田端 和仁 東京大学, 工学系研究科, 助教 (50403001) ; 飯野 亮太 東京大学, 工学系研究科, 講師 (70403003)
• 連携研究者: 井出 徹 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (60231148)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2010
• キーワード: 1分子計測 / 分子モーター / 生物物理

研究概要

本研究では、特定領域の学際的な特徴を最大限に生かし、全く新しい1分子計測技術を開発した。これには、新しい膜タンパク質の1分子計測技術、1分子解析用マイクロデバイス、新規蛍光プローブ、非平衡物理に基づく新しい1分子解析技術などが含まれる。さらに、これらの技術を有効に利用することで、F_1モーターの反応スキームの完成、共同性の構造的基盤、化学力学エネルギー変換のメカニズムなど、本質的知見を数多く得ることが得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Simple dark-field microscopy with nanometer spatial precision and microsecond temporal resolution. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ueno H, Nishikawa S, Iino R, Tabata KV, Sakakihara S, Yanagida T, Noji H.
  • 雑誌名: Biophys.J. 98:0 ページ: 2014-2023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluctuation theorem applied to F1-ATPas e. (2010)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Ueno H, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 104 ページ: 218103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphate-r elease in F1-ATPase catalytic cycle follows ADP release. (2010)
  • 著者名/発表者名: Watanabe R, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Nat.Chem.Biol. 6 ページ: 814-820
  • 査読あり
• [雑誌論文] A single-molecule enzymatic assay in a directly accessible femtoliter droplet array. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakakihara S, Araki S, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Lab Chip. 10 ページ: 3355-3362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Optical and Electrical Single Channel Recordings on a PEG Glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Ide T, Takeuchi Y, Noji H Tabata KV.
  • 雑誌名: Langmuir. 26 ページ: 8540-8543
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acceleration of the ATP-binding rate of F1-ATPase by forcible forward rotation (2009)
  • 著者名/発表者名: Iko, Y., Tabata, K.V., Sakakihara, S., Nakashima, T., Noji H.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 583 ページ: 3187-3191
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of cargo concentration by COPII minimal machinery in a planar lipid membrane (2009)
  • 著者名/発表者名: Tabata, K.V., Sato, K., Ide, T., Nishizaka, T., Nakano, A., Noji H.
  • 雑誌名: EMBO J. 28 ページ: 3279-3289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of ATP levels inside single living cells with fluorescence resonance energy transfer-bas ed genetically encoded indicators (2009)
  • 著者名/発表者名: Imamura, H., Huynh Nhat, K.P., Togawa, H., Saito, K., Iino, R., Kato-Yamada, Y., Nagai, T., Noji H.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 106 ページ: 15651-15656
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule study on the temperature -sensitive reaction of F1-ATPase with a hybrid F1 carrying a single β (E190D) (2009)
  • 著者名/発表者名: Enoki, S., Watanabe, R., Iino, R., Noji H.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 284 ページ: 23169-23176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of inhibition by C-terminal α-helices of the ε subunit of Escherichia coli FoF1-ATP synthase (2009)
  • 著者名/発表者名: Iino, R., Hasegawa, R., Tabata, K.V., Noji H.
  • 雑誌名: J Biol Chem 284 ページ: 17457-17464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correl ation between the conformational states of F1-ATPase as determined from its crystal structure and single-molecule rotation (2008)
  • 著者名/発表者名: Okuno D, Fu j isawa R , I ino R, Hirono-Hara , Imamura H, Noji H.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Soc.U.S.A. 105 ページ: 20722-20727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-sensitive reaction intermediate of F1-ATPase. (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe R, Iino R, Shimabukuro K, Yoshida M, Noji H.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 9(1):8 ページ: 84-90
  • 査読あり
• [学会発表] Femto-liter Reactor Array for Single-molecule Bioanalysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji
  • 学会等名: PITTCON 2011(招待講演)
  • 発表場所: Georgia World Congress Center (アメリカ・アトランタ)(口頭発表)
  • 年月日: 2011-03-15
• [学会発表] STRUCTURAL FLUCTUATION AND CATALYTIC FUNC TION OF F1-ATPASE. (2011)
  • 著者名/発表者名: Rikiya Watanabe, Kumiko Hayashi, Hiroshi Ueno, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: Biophysical Society 55th Annual Meeting,
  • 発表場所: Baltimore Convention Center (バルチモア・アメリカ)(口頭発表)
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] Single-molecule studies on the fluctuation and function of a rotary motor protein ATP synthase (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryota Iino
  • 学会等名: The 4th International Symposium "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • 発表場所: ホテルピアザびわ湖(大津)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Culture, detection, and recovery of the antibiotic-tolerant persister bacteria in the directly accessible microchamber array (2010)
  • 著者名/発表者名: Iino R., Hayama K., Sakakihara S., Noji H.
  • 学会等名: 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS2010)
  • 発表場所: University of Groningen(フローニンゲン・オランダ)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-10-05
• [学会発表] Direct observation of steps in c-ring rotation of Escherichia coli FoF1-ATP synthase (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryota Iino, Khek-Chian Tham, Kazuhito V.Tabata, Hiroshi Ueno, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: 16th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: University of Warsaw(ワルシャワ・ポーランド)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-07-18
• [学会発表] Mechanochemistry of F1-ATPase Moter Protein (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji
  • 学会等名: ISMSC2010
  • 発表場所: 奈良県新公会堂(奈良)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] FemtoliterChamber Array for Single Molecular Bioassay (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji
  • 学会等名: ISM M2010
  • 発表場所: KUST(Hong Kong)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-05-29
• [学会発表] Imaging of Intracellular ATP Using FRET-Based Indicators, Intern ational Symposium of Joint Research Network on Advanced Materials and Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji
  • 発表場所: Sapporo (Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-03-26
• [学会発表] Single-Molecule Imaging of Ion-Transporting Rotary Motor Protein (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryota Iino, Khek-Chian Tham, Kazuhito V.Tabata, Hiroshi Ueno, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: International Symposium of Joint Research Network on Advanced Materials and Devices
  • 発表場所: Sapporo (Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2010-03-25
• [学会発表] Completion of the chemomechanical coupling scheme of F1-ATPase (2009)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji
  • 学会等名: Single Molecule Biology Symposium (2nd Kanazawa Bio-AFM workshop)
  • 発表場所: Osaka (Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2009-12-15
• [学会発表] Visualization of COPII vesicle formation process reconstituted in the artifical lipid bilayer. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Tabata, Ken Sato, Toru Ide, Takayuki Nshizaka, Akihiko Nakano, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: The 47th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Tokushima (Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] 36-degree stepping rotation of FoF1-ATP synthase (2009)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Noji, Ryota Iino
  • 学会等名: International Symposium "Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes"
  • 発表場所: Kyoto (Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Single molecule biophsicis of F1-ATPase : Mechanical mondulation odreaction rate constants and equilibrium constants by F1-ATPase (2009)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: 第6回Asian biophysics Association Symposium
  • 発表場所: HKUST(香港)(口頭発表)
  • 年月日: 2009-01-11
• [学会発表] Femtoliter chamber for Single-molecule and single-cell analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: 第4回IEEE-NEMS09
  • 発表場所: 中国(シンセン)(口頭発表)
  • 年月日: 2009-01-06
• [学会発表] Single molecule studies on F1-ATPase molecular motor (2008)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: 第16回International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: 伊豆・熱川(口頭発表)
  • 年月日: 2008-12-13
• [学会発表] Single-molcule Imaging of the transport-vesicle formation mediated by COPII system reconstituted on a planner bilayer system (2008)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: 第17回CDB会議(野地オーガナイザー)
  • 発表場所: 理科学研究所(神戸)(口頭発表)
  • 年月日: 2008-10-14
• [学会発表] Mechanical modulation of ATP-binding and hydrolysis by single F1-ATPase molecule (2008)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: MPSA2008
  • 発表場所: 札幌(口頭発表)
  • 年月日: 2008-08-29
• [学会発表] Single Molecule Studies on F1-ATPase, The 6th JSPS Forum in France (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: Chemical and physical nanobiology for me dicine
  • 発表場所: Strasbourg(France)(口頭発表)
  • 年月日: 2007-11-23
• [学会発表] Single Molecule Studies on F1-ATPase (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: Autumn School for PhD students and young researcher (NAMIS) 2007
  • 発表場所: Tokyo(Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2007-11-05
• [学会発表] Single Molecule Studies on F1-ATPase (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 学会等名: Asian and Pacific Biomechanics (AP Biomech) 2007
  • 発表場所: Tokyo(Japan)(口頭発表)
  • 年月日: 2007-11-05
• [図書] In "Encyclopedia of Biophysics" edited by Roberts G.C.(Springer (India)) (2011)
  • 著者名/発表者名: Okuno D, Iino R, Noji H.
  • 出版者: Fundamental Properties and Structure of F1-ATPase.(in press)
• [図書] In "Molecular Biology of Assemblies and Machines" edited by Baumeister W, Johnson L, Perham R, and Steven A.(Garland (England) (2011)
  • 著者名/発表者名: Noji H, Iino R.
  • 出版者: ATP synthase-Structure and dynamics of the smallest rotary motor proteins.(in press)
• [図書] 「第4章第1節第1項生体膜超分子モーター-細胞の回転エネルギー変換装置:ATP合成酵素」超分子サイエンス&テクノロジー (2011)
  • 著者名/発表者名: 飯野亮太、田端和仁、野地博行
  • 総ページ数: 851-859
  • 出版者: NTS
• [図書] 細胞の回転エネルギー変換装置.「超分子サイエンス」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 野地博行, 田端和仁, 飯野亮太
  • 出版者: NTS、編集中(in press)
• [図書] 分子機械.「基礎ナノバイオテクノロジー」,第4章第6節(編集中) (2009)
  • 著者名/発表者名: 飯野亮太 野地博行
  • 出版者: 培風館(in press)
• [図書] 超微笑溶液チャンバーを利用した1分子バイオアッセイ (2008)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 出版者: 丸善
• [図書] 分子マシンに新たな扉が開かれた (2008)
  • 著者名/発表者名: 金原数、竹内昌治、竹内正之、野地博行
  • 出版者: 化学同人
• [図書] F1-ATPaseに見る回転分子モーターのナノバイオロジー (2008)
  • 著者名/発表者名: 野地博行、田端和仁
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 最新分子マシンナノで働く"高度な機械"を目指して (2008)
  • 著者名/発表者名: 飯野亮太
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 未来材料「超微小反応チャンバーを用いた高感度バイオアッセイ」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 飯野亮太, Liza Lam, 野地博行
  • 総ページ数: 68
  • 出版者: 未来材料
• [図書] 生物物理学ハンドブック (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 680
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] ナノバイオ計測の実際 (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 206
  • 出版者: 講談社
• [図書] ナノバイオ大辞典 (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 636
  • 出版者: テクノシステム
• [図書] 蛋白質核酸酵素,Vol.52 No.4 (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 396
  • 出版者: 共立出版
• [図書] ナノテクのためのバイオ入門 (2007)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 224
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 「第3章磁性ビーズを用いた回転分子モーターの研究」,磁性ビーズのバイオ・環境技術への応用展開 (2006)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 310
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 蛋白質核酸酵素(「1分子からシステム再構成へ生化学的再構成と1分子生物物理の融合をめざして」,Vol.51 No.12) (2006)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 超微小反応チャンバーで生体回転分子モーターの作動機構を探る (2006)
  • 著者名/発表者名: 飯野亮太, 野地博行
  • 総ページ数: 80
  • 出版者: (株)エヌ・ティー・エス,未来材料6
• [図書] 学術月報(「Let's enjoy Science!」,Vol.59 No.5) (2006)
  • 著者名/発表者名: 野地博行
  • 総ページ数: 93
  • 出版者: 日本学術振興会
• [図書] Proceedings of 10th International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences (2006)
  • 著者名/発表者名: Iino, R., Rondelez, Y., Yoshida, M. Noji H.
  • 総ページ数: 1591
  • 出版者: Micro-Total Analysis Systems
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.nojilab.t.u-tokyo.ac.jp/index.html