生物分子モーターの1分子計測と1分子操作

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09279104
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 上村 慎治 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (90177585)
• 研究分担者: 上田 太朗 工業技術院, 産業技術融合領域研究所, 主任研究員 ; 嶋本 伸雄 国立遺伝研究所, 教授 (20127658) ; 柳田 敏雄 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (30089883) ; 大岩 和弘 郵政省, 通信総合研究所, 室長
• キーワード: ミオシン / ダイニン / 一分子計測 / モータータンパク質 / FRET / 力・速度関係 / trpリプレッサー / 化学力学変換機構

研究概要

昨年度までの実績をふまえて、1分子の操作・計測に関わる応用的な研究を開始・実施した。上村は、1分子FRET観測装置の完成とその応用的な実験を行った。この方法は2種類の蛍光色素で標識された1分子を観察し、蛍光像を直接分光するもので、1分子内で起こるFRETを100Hzの時間分解能で観測できる。ミオシン分子の形態変化に応じた1分子FRET変動が観測できた(総括班との共同研究)。ミオシンヘッド1分子は1回のATP加水分解で数回の5.3nmステップを繰り返して前進することがわかっているが、柳田は、ガラスニードル先端にミオシンヘッドを固定し、負荷と温度を変えてこのステップを精密に計測した。無負荷時に較べると、1〜3pNの負荷条件下では、ステップ数は半減し、ステップに要する時間は1.5倍に増えた。しかし、単位ステップ長は変化しなかった。これらの解析から、力〜速度関係や速度の温度依存性は、1分子でも筋線維と同様であることがわかった。嶋本は、タンパク質のDNA上のスライディングがDNAのグルーブをたどるかどうかを、回転として検出する系を確立して、定量的な解析を開始した。また、RNA伸張を回転で検出する共同研究を論文にまとめた。上田は、引き続き分子モーターの化学力学変換機構に関する研究を進め、変異粘菌ミオシンを用いることにより、力発生機構の構造的解明の鍵を握る「ストローク前クロスブリッジ」状態を安定化することに成功した。またこれと平行して分子モーターを微小アクチュエータとして利用する際の基礎技術的研究を開始し、一次元一方向性運動を達成するなどの成果を挙げた。大岩は、真核生物鞭毛の運動源である軸糸ダイニンの力学特性を複数の亜種に関して測定した。この結果、内腕ダイニンには連続運動能(プロセッシヴィティ)があることが明らかになった。また、軟体動物平滑筋のキャッチ収縮を試験管内で再構成する実験系を完成して、機構に関わるタンパク質要素を同定した。

研究成果

• [文献書誌] Koyama,S.: "Influence of social dominance and female odor on the sperm activity of male mice."Behav.Physiol.. 71. 415-422 (2000)
• [文献書誌] Uyeda,T.Q.P.: "Molecular biological approaches to study myosin functions in cytokinesis of Dictyostelium."Microscopy Research Technique. 49. 136-144 (2000)
• [文献書誌] Liu,X.: "Involvement of tail domains in regulation of Dictyostelium myosin II."Biochemical and Biophysical Research Communications. 271. 75-81 (2000)
• [文献書誌] Fukui,Y.: "How well can an amoeba climb?"Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 97. 10020-10025 (2000)
• [文献書誌] Yanagida,Y.: "Single molecule analysi of the actomyosin motor."Current Opinion in Cell Biology. 12. 20-25 (2000)
• [文献書誌] Wazawa,Y.: "Spectral fluctuation of a single fluorophore conjugated to a protein molecule."Biophys.J.. 78. 1561-1569 (2000)
• [文献書誌] Yanagida,Y.: "A large step for myosin.."Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 97. 9357-9359 (2000)
• [文献書誌] Oiwa,K.: "Comparative single-molecule and ensemble myosin enzymology : sulfoindocyanine ATP and ADP derivatives."Biophys.J.. 78. 3048-3071 (2000)
• [文献書誌] Yamada,A.: "Catchin, a novel protein in molluscan catch muscles, is produced by alternative splicing from the myosin heavy chain gene."J.Mol.Biol.. 295. 169-178 (2000)
• [文献書誌] Iwamoto,H.: "X-ray diffraction evidence for the lack of stereospecific interactions in highly activated actomyosin complex."J.Mol.Biol.. 305. 863-874 (2000)
• [文献書誌] Sen,R.: "Polymerase arrest at the lambda P-R promoter during transcription initiation"J.Biol.Chem.. 275. 10899-10904 (2000)
• [文献書誌] Harada,Y.: "Direct observation of DNA rotation during transcription by Escherichia coli RNA polymerase."Nature. 409. 113-115 (2000)
• [文献書誌] Sen,R.: "Conformational switching of Escherichia coli RNA polymerase-promoter binary complex is facilitated by elongation factors GreA and GreB."Gene.Cells. 6(In press). (2001)