滑り運動の多様性と統一性

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03223101
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 神谷 律 名古屋大学, 理学部, 助教授 (10124314)
• 研究分担者: 真行寺 千佳子 東京大学, 理学部, 助手 (80125997) ; 豊島 陽子 お茶の水女子大学, 理学部, 助手 (40158043) ; 茶圓 茂 帝京大学, 医学部, 講師 (60142452) ; 馬渕 一誠 東京大学, 教養学部, 教授 (40012520) ; 今栄 康雄 名古屋大学, 理学部, 教授 (70022712)
• キーワード: 生体運動 / 滑り運動 / 鞭毛 / 鞭毛モ-タ- / アクチン / ミオシン / 微小管 / ダイニン

研究概要

本研究では生体運動の多様性と共通原理を探るという立場から多様な運動系の機構を追求した.細菌鞭毛運動は通常水素イオンの菌体内への流入と共役した鞭毛基部体(鞭毛モ-タ-)の回転運動によって生じるが、ある種の細菌では水素イオンではなくナトリウムイオンが使われている.今栄はナトリウム駆動型モ-タ-に対する特異的阻害剤を用いて、モ-タ-中に複数の独立な力発生要素が存在することを示した.真核生物鞭毛では、真行寺によって精子鞭毛内微小菅の滑り運動が外力によって大きく影響をうけることが明らかにされた.それにより、微小管の滑り速度はATP濃度だけで決定されるのではなく、軸糸の力学的状態にも依存するという可能性が生じた.鞭毛運動の原動力を発生しているダイニング内腕に比べて研究が遅れていたが、馬淵は精子鞭毛ダイニン内腕の1種を単離精製し、その微小管結合の様式やATPase活性が外腕と非常に異なっていることを示した.神谷は分画した内腕標品を用いて、内腕ダイニンを構成する多数の重鎖が試験管内で微小管をさまざまな速度で滑走させる活性を持つこと、その多くのものが微小管を回転させる活性を持つことを明らかにした.また豊島は、さきにアクチンミオシン系を使った観察によりミオシン分子の柔軟性を指摘したが、今回、試験管内運動系の観察からダイニンにも同様な柔軟性があることを見いだした.アクチン・ミオシン運動系では筋肉よりはるかに高速で運動する車軸藻の顆粒の運動が茶圓によって解析された.アクチンケ-ブル上を運動中の顆粒の位置の分析から拡散定数が計算できること、その値がATP濃度によって変化することが示された.このような試みはこれまで行われたことがなく、生体運動機能解析のための強力な手法になることが期待される.以上の結果はそれぞれ各運動系の重要な特性を明らかにしたものであり、生体運動の原理を探る上の重要な知見である.

研究成果

• [文献書誌] Kamimura,S.: "High-frequency vibration in flagellar axonemes with amplitudes reflecting the size of tubulin." Journal of Cell Biology. (1992)
• [文献書誌] Takada,S.: "Three-headed outer arm Dynein from Chlamydomonas that can functionally combine with outer armmissing axonemes" Journal of Biochemistry. (1992)
• [文献書誌] Atsumi,T.: "Polar and lateral flagellar motors of masine Vibrio are driven by different ion-motive forces" Nature. 355. 182-184 (1992)
• [文献書誌] Toyoshima,Y.Y.: "Bidirectional movement of actin filaments along tracks of heavy meromyosin and native thick filaments." Journal of Cell Science. 14. 83-85 (1991)
• [文献書誌] Sutoh,K.: "Site-directed mutation in actin genes of Dictyostelium discoideum." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.88. 7711-7714 (1991)
• [文献書誌] Shingyoji,C.: "Rotating the plane of imposed vibration can rotate the plane of flagellar beating in sea-urchin sperm without twisting the axoneme" Journal of Cell Science. 98. 175-181 (1991)
• [文献書誌] Yonemura,S.: "Mass isolation of the cleavage furrows from sea urchin eggs" Journal of Cell Science. 100. 73-94 (1991)
• [文献書誌] Chaen.S.: "Simultaneous recordings of force and sliding movement between a myosin-coated glass microneedle and actin cables in vitro." Prac.Natl.Acad.Sci.USA.86. 1510-1514 (1989)
• [文献書誌] Oiwa,K.: "Steady-state force-velocity relation in the ATP-dependent sliding movement of myosin-coated beads on actin cables in vitro studied with a centrifuge microscope." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.87. 7893-7897 (1990)