滑りの分子ダイナミックス

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02239102
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柳田 敏雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (30089883)
• 研究分担者: 児玉 孝雄 岡山大学, 歯学部, 助教授 (30034200) ; 木下 一彦 慶応義塾大学, 理工学部, 教授 (30124366) ; 石渡 信一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10130866) ; 安藤 敏夫 金沢大学, 理学部, 講師 (50184320) ; 井上 明男 大阪大学, 理学部, 講師 (80107060)
• キーワード: アクチンフィラメント / ミオシン / 滑り運動 / 張力ゆらぎ / 運動タンパク質

研究概要

本計画研究班の目的は、運動タンパク質分子の滑り、力発生の直接定量観察、ATPase反応中間体と力学的状態の関連づけ、運動タンパク質分子のエネルギ-状態と力学的状態との関連づけを行なうことである。
柳田は、非常に少数のミオシン頭部と相互作用している一本のアクチンフィラメントの発生する力をサブピコニュ-トン、サブミリ秒の超高分解能で測定することのできるマイクロニ-ドル操作法を開発して、化学ー力学共役の素過程の特性を直接反映する力のゆらぎの解析を行なった。その結果、等尺条件下ではATP分解反応に帰することのできる大きな力のゆらぎが観察され、ミオシン頭部は力の発生と非発生の2つの状態をランダムにとることが明らかになった。これに対して、アクチンフィラメントが滑走しているときは力のゆらぎはほとんど消失し、滑走運動中のミオシン頭部はATPサイクル中ほとんど一定の小さな力を出していることが明らかになった木下は、蛍光標識したアクチンフィラメント一本を構成するアクチンモノマ-の向きを測定することのできるWー顕微鏡法を開発して滑り運動中にはアクチンモノマ-は軸方向の大きな角度変化を起こしていないことを示した。石渡は、筋原線維の自発的振動収縮の解析を更に進めると共に、滑り運動時のアクチンフィラメントにはトルクがかかることを示した。安藤は滑り力がおもに静電気に由来することを実験的および理論的に示すと共に、滑り運動の定量的説明を試みた。太和田は滑り運動の理論的解析、脱鞘筋のサイン波解析、架橋、非架橋アクトミオシンATPaseの速度論的比較を行なった。児玉は、無負荷時の滑り運動においてはミオシン頭部からはATP加水分解生成物はほとんど遊離しないことを示した。井上は、プロテア-ゼ消化、抗体結合、化学修飾などの方法によって滑り運動中のミオシン頭部の構造変化を解析した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Harada: "Mechanochemical coupling in actomyosin energy transduction studied by in vitro movement assay." J.Mol.Biol.216. 49-68 (1990)
• [文献書誌] E.Prochniewicz: "Inhibition of sliding movement of Fーactin by crosslinking emphasizes the role of actin structure in the mechanism of motility." J.Mol.Biol.215. (1990)
• [文献書誌] Y.Harada: "The elementary process in the actomyosin energy transduction system." Muscle Energetics.Paul et al.(eds). 27-36 (1989)
• [文献書誌] A.Kishino: "Force measurements by micromanipulation of a single actin filament by glass needles." Nature. 334. 74-76 (1988)
• [文献書誌] T.Yanagida: "Minimum structural unit required for energy transduction in muscle" The molecular mechanism of muscle (H.Sugi & G.Pollack eds.) Plenum Press. 277-285 (1988)
• [文献書誌] Y.Harada: "Direct observation of molecular motility by light microscopy" Cell Motility and the Cytoskeleton. 10. 71-76 (1988)
• [文献書誌] 柳田 敏雄: "生体運動を担う分子機械の超微操作" パリティ. 4. 66-69 (1989)
• [文献書誌] M.Miyata: "Reaction intermediates formed by myofibrils during ATPase reaction under relaxed condition" J.Biochem.105. 271-274 (1989)
• [文献書誌] T.Ando: "Propagation of actoーSー1 ATPase reactionーcoupled conformational change in actin along the filament." J.Biochem.105. 818-822 (1989)
• [文献書誌] S.Ishiwata: "Diffraction rings obtained from a suspension of skeletal myofibrils by laser light illumination.Study of internal structure of sarcomeres." Biophys.J.56. 1113-1120 (1989)
• [文献書誌] T.Kodama: "ATP hydrolysis by shortening myofibrils." Muscle Energetics (R.J.Paul,G.Elzinga,K.Yamada eds.). 69-73 (1989)
• [文献書誌] K.Tawada: "Covalent crossーlinking of single fibers from rabbit psoas increases oscillatory power." Biophys.J.57. 643-647 (1990)
• [文献書誌] 柳田 敏雄(分担): "生物物理のフロンテイア" 培風館, 291 (1989)
• [文献書誌] 柳田 敏雄(分担): "細胞増殖・細胞運動" 丸善, 251 (1989)
• [文献書誌] 柳田 敏雄(分担): "細胞のバイオメカニクス" オ-ム社, 212 (1990)