生体高分子複雑系のナノ力学と工学操作

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11226202
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 猪飼 篤 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (50011713)
• 研究分担者: 長田 俊哉 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (00201997) ; 大谷 弘之 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助教授 (80203826) ; 田中 信夫 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (50032024) ; 荒川 秀雄 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (80211704)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / タンパク質ナノ力学 / 炭酸デヒドラターゼ / カルモジュリン / 分子動力学 / ナノテクノロジー

研究概要

本年度は次の研究課題を実行し各項目に記す成果を得た。
1)昨年度から引き続き、血液中に存在する酵素、炭酸デヒドラターゼの変異体を使用してタンパク質立体構造における「結び目」の意味についてナノ力学的手法を用いて研究を進めた。まず炭酸デヒドラターゼの変異体の結晶解析により「結び目」構造の存在を確認した。ついでこの変異体(D253C)の張力に対する応答を測定し、「結び目」構造のあるなしでの立体構造力学特性の差を明らかにした。
2)細胞内情報伝達機能を持つカルモジュリンの力学特性がエフェクターであるカルシウムイオンの有無によって変化することを世界で初めて証明した。カルモジュリンはカルシウムの有無で異なるエフェクター分子と相互作用する結果その機能が変化することが報告されており、多様な機能変化に対応する力学特性の測定が興味ある課題となっている。本年度の研究によってこの点が明らかにされた。
3)αヘリックス構造を持つタンパク質に加えて、本年度からβシート構造をもつOspAタンパク質に関する力学特性測定をロチェスター大学のKoide博士の協力を得てスタートした。その結果αヘリックス構造より柔らかい特徴を示す結果が得られている。
4)以上のようなの力学特性測定結果の解釈のためには、分子動力学的計算機シミュレーションが不可欠であるとの認識に立ち、01班との協力を進めるとともに本A04班でもより具体的なタンパク質モデルを利用した計算機シミュレーションを開始した。

研究成果

• [文献書誌] K.Mitsui, K.Nakajima, H.Arakawa, M.Hara, A.Ikai: "Dynamic Mearsurement of Single Protein's Mechanical Properties"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 272. 55-63 (2000)
• [文献書誌] A.Ikai, Y.Alimujiang: "Force-Extension Curve of Dimerized Poly-glutamic Acid"Applied Physics, Applied Physics A. 72. S117-S120 (2001)
• [文献書誌] T.Wang, H.Arakawa, A.Ikai: "Force measurements and inhibitor binding assay of monomer and engineered dimers of bovine carbonic anhydrase B"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 285. 9-14 (2001)
• [文献書誌] A.Ikai, R.Afrein, A.Itoh, H.C.Thogersen, Y.Hayashi, T.Osada: "Force Measurements for Membrance Protein Manipulation"Colloids and Surfaces, B : Biointerfaces. 23. 165-171 (2002)
• [文献書誌] N.D.Wangsa-Wirawan, A.Ikai, B.K.O'Neill, A.P.J.Middelberg: "Measuring the Interaction Forces between Protein Inclusion Bodies and an Air Bubble Using an Atomic Force Microscope"Biotechnol. Prog.. 17(5). 963-969 (2001)
• [文献書誌] M.Gad, K.Awai, M.Shimojima, Y.Yamaryo, H.Shimada, T.Masuda, K.Talamiya, A.Ikai, H.Ohta: "Accumulation of Plant Galactolipid Affects Cell Morphology of scherichia coli"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 286. 114-118 (2001)