滑りの分子ダイナミックス

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03223102
• 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一本のアクチンフィラメントの相互作用にともなって発生する力をマイクロニ-ドル操作法によってサブピコニュ-トン、サブミリ秒の超高分解能で測定した。その結果、等尺条件下では、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のに対して、アクチンフィラメントが滑走しているときはミオシン頭部は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。これらの事実は、化学反応と力学過程は従来考えられていたように1:1の化学量論的な関係で共役しているのではなく、運動分子の置かれている環境(負荷)に応じて変調されることを示している。木下は、蛍光標識したアクチンファ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、筋原繊維のマイクロマニピュレ-ションによるメカニックス研究法を開発した。安藤はミオシンモ-タ-のATPase活性が分子の電荷中和によって活性化されることを示すと共に、滑り運動の理論構築を試みた。太和田は滑り運動における分子間摩擦、タンパク質分子のやわらかさの意義について理論的考察を行なった。児玉は、筋原繊維の短縮にともなうATP分解を解析して、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、滑り運動中のミオシン頭部の構造変化を解析するために、プロテア-ゼ消化、抗体結合、化学修飾などの方法の改良を試みた。

研究成果

• [文献書誌] T.yanagida: "Chemomecanical coupling in actomyosin system,an approach by in vitro movement assay and kinetic analysis of ATP hydrolysis by shortening myofibrils." Adv.Biophys.27. 237-257 (1991)
• [文献書誌] A.Ishijima: "Sub-piconewton-level force fluctuations of actomyosin in vitro." Nature. 352. 301-306 (1991)
• [文献書誌] T.Yanagida: "Loose couping between chemical and mechanical reactions in actomyosin energy transduction." Adv.Biophys.26. 75-95 (1990)
• [文献書誌] E.Prochniwicz: "Inhibition of sliding movement of F-actin by crosslinking emphasizes the role of actin structure in the mechamism of motility." J.Mol.Biol.216. 761-772 (1990)
• [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] T.Yanagida: "The elementary process in the actomyosin energy transduction system." "Muscle Energetics". 27-36 (1989)
• [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.Yiyata: "Reaction intermediates formed myfibrils during ATPase reaction under relaxed condition" J.Biochem.105. 271-274 (1989)
• [文献書誌] T.Ando: "Propagation of acts-S-1 ATPase reaction-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(R.J.Paul,G.Elzinga,K.Yamada eds.): "ATP hydrolysis by shortening myofibrils." Muscle Energetics. 69-73 (1989)
• [文献書誌] K.Tawada: "Covalent cross-linking of single fibers from rabbit psoas increases oscillatory power." Biophys.J.57. 643-647 (1990)
• [文献書誌] 柳田 敏雄: "ブレインサイエンス" ブレインサイエンス振興財団, 237 (1991)
• [文献書誌] 柳田 敏雄: "限界を超える生物顕微鏡" 学会出版センタ-, 172 (1991)
• [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)