マイクロマシンとしての筋フィラメント滑り機構の動的特性に関する総合的研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05305007
• 研究機関: 帝京大学
• 研究代表者: 杉 晴夫 帝京大学, 医学部, 教授 (20082076)
• 研究分担者: 菅 弘之 岡山大学, 医学部, 教授 (90014117) ; 山田 武範 帝京大学, 医学部, 助教授 (50027330) ; 三枝木 泰丈 鶴見大学, 歯学部, 助教授 (20046113) ; 石渡 信一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10130866) ; 山田 和廣 大分医科大学, 教授 (20053027)
• キーワード: 筋収縮 / 筋フィラメント / アクトミオシン

研究概要

本研究班の平成5年度の主要な研究成果は以下のように要約される。
(1)In vitro実験系によるアクチン・ミオシン間の滑りの動的特性および効率の測定:山田らはグリセロール抽出単一筋線維をcaged ATPのレーザーフラッシュ光分解により急速に活性化したさいの短縮距離の記録解析を行った。caged ATPの光分解により生ずるATP量を75muMまで減少させると、筋線維の短縮距離は半筋節長あたり約10nmの最小値に達した。筋線維内のミオシン頭部の濃度は約150mumなので、この結果はミオシン分子の2個の頭部の一方に1分子のATPが結合し加水分解されるさいに筋フィラメントは約10nm滑りあることを示している。
また、大岩らはミオシンをコートしたガラス微小針を、シャジクモの巨大筋間細胞のアクチンフィラメント束に接触させ、ATPを電気泳動的に与えることによるミオシンとアクチン間の滑り距離を測定し、やはり両者の最小滑り距離は約10nmであることを見出した。こっらの結果は、筋フィラメント間のATP1分子の加水分解あたりの滑り距離が約10nmであることを強く示唆する。
石渡らはGアクチンの重合により調製した長い単一アクチンフィラメントの全長にわたってミオシン頭部を硬直結合させ、さらにアクチンフィラメントの“全端"(pointed end)部に付着したミオシン頭部のみはクロスリンカーによってアクチンフィラメントから解離しないようにした。このようなフィラメントをガラス面上におきATPを加えると、フィラメントの前端部はガラス面上に固定されるが、他の部分はミオシン頭部と解離して滑り運動をおこなう。このさいのフィラメントの運動は右巻きラセン状におこることが見出された。この結果は、アクチンおよびミオシンフィラメントのラセン周期構造を反映して、筋フィラメント間の滑り力もラセン方向のベクトルをもつことを示している。
(2)ATPによっておこるアクチンおよびミオシン分子構造変化の核磁気共鳴による研究:従来、骨格筋における解糖反応(glycolysis)をtriggerする要因はCa^<2+>か無機リン酸(Pi)のいずれかであるか論争があり明確でなかった。山田らは^<31>PNMR法を用いて静止時および収縮時の骨格筋における解糖反応をtriggerする因子について研究した。このさい解糖反応の進行は細胞内〓変化により知ることができる。結果は、静止筋、収縮筋ともに細胞内のPi濃度が臨界値(7mM)以上に上昇すると解糖反応がtriggerされることが示された。
(3)アクチン・ミオシン間の滑りの動的特性および効率のミオシン酸素活性依存性:三枝木らは心筋細胞室内のCa^<2+>濃度をaequorinの発光により測定し、心筋標本の張力変化との関係を調べた。aequorinのCa^<2+>による発光は等尺性収縮張力発生中の標本を弛緩させて張力を低下させると増加し、標本を伸長し張力を上昇させると減少した。この結果は、トロポニンCとCa^<2+>間のaffinityが張力低下により減少し、張力上昇により増加することを示している。

研究成果

• [文献書誌] Yamada,T.,Abe,O.,Kobayashi,T.and Sugi,H.: "Myofilament sliding per ATP molecule In rabbit muscle fibres studied using laser flash photolysis of caged ATP" Journal of Physiology(London). 466. 229-243 (1993)
• [文献書誌] Yamada,T.,Kikuchi,K.,and Sugi,H.: "^<31>PNuclear magnetic resonance studies on the glycogenolysis regulation in resting and contracting frog skeletal muscle" Journal of Physiology(London). 460. 273-286 (1993)
• [文献書誌] Oiwa,K.,Kawakami,T.,and Sugi,H.: "Unitary distance of actin-myosin sliding studied using an in vitro force-movement assay system combined with ATP iontophoresis" Journal of Biochemistry. 114. 28-32 (1993)
• [文献書誌] Phillips,K.,Takei,M.and K.Yamada: "Time course of phosphate metabolites and intracellular pH using ^<31>PNMR compared to recovery heat in rat soleus" Journal of Physiology(London). 460. 693-704 (1993)
• [文献書誌] Nishizaka,T.,Yagi,T.,Tanaka,Y.and Ishiwata,S.: "Right handed rotation of an actin filament in an in vitro motile system" Nature(London). 361. 269-271 (1993)
• [文献書誌] Saeki,Y.,Kurihara,S.,Hongo,K.and Tanaka,E.: "Alterations in intracellular calcium and tension of activated ferret papillary muscle in response to step length changes" 463. 291-306 (1993)
• [文献書誌] Sugi,H.and Pollack,G.H.: "Mechanism of Myofilament Sliding in Muscle Contraction" Plenum Press,New York, 866 (1993)