一分子生理学の立ち上げ:一個の分子機械の機能と構造変化の直接観察

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12002012
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 木下 一彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30124366)
• キーワード: 一分子観察 / F1-ATPase / 暗視野顕微鏡 / ステップ回転 / RNA合成酵素 / ATP合成 / ミオシンV / リボソーム

研究概要

1.F1-ATPaseの回転機構
単一分子回転モーターであるF1-ATPaseの回転子であるγサブユニットに、直径40nmの金粒子を結合させ、その動きを暗視野顕微鏡で観察することにより、このモーターの120°おきのステップ回転がさらに90°と30゜のサブステップに分かれていることを見いだした。90゜サブステップはATP結合により、30゜サブステップは分解生成物の解離により、駆動される。ATPの加水分解反応自身はたいした仕事をしない。これらの結果は、このモーターの逆回転によるATP合成をよく説明するとともに、ヌクレオチド駆動の分子機械一般のメカニズムにつき示唆を与えるものである。
2.RNA合成酵素によるDNAの回転
磁気ピンセットを利用した一分子観察により、RNA合成酵素がDNAの遺伝情報を転写する際に、右巻き螺旋であるDNAを螺旋方向に回転させることを示した。さらに、螺旋に完全に忠実に沿った回転かどうかの確認のため、回転と転写(RNA合成酵素によるDNAたぐり込み)の同時観察を試みている。
3.ミオシンの双頭の役割
2本足を交互に使って歩くと考えられているミオシンVにつき、アクチン線維上の歩行に伴う回転の検出の試みを開始した。歩幅、および両足を交互に使うかどうか、の情報が得られると期待される。
4.リボソームの翻訳過程の可視化
一分子観察のため、リボソームのガラス面への付着条件などの検討を開始した。

研究成果

• [文献書誌] Satoshi P.Tsunoda, et.al.: "Observations of rotation within the FcFi-ATP synthase : deciding between rotation of the FcC subunit ring and artifact."FEBS Lett.. 470. 244-248 (2000)
• [文献書誌] Kengo Adachi, et al.: "Stepping rotation of F1-ATPase visualized through anyle-resolved single - fluorophore imaging."Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 7243-7247 (2000)
• [文献書誌] Takayuki Nishizaka, et al.: "Characterization of Single actomyosin rigor bonds : Load-dependence of lifetime and mechanical properties."Biophys.J.. 79. 962-974 (2000)
• [文献書誌] Kiyotaka Y.Hara, et al.: "The role of the DELSEED motif of the β subunit in rotation of F1-ATPase. "J.Biol.Chem.. 275. 14260-14263 (2000)
• [文献書誌] Yoshie Harada, et al.: "Direct observation of DNA rotation during transcription by Eschorichin coli RNA polymerase."Nature. 409. 113-115 (2001)
• [文献書誌] Ryohei Yasuda, et al.: "Resolution of distinct rotaitonal submillisecond kinetic analysis of F1-ATPase."Nature,. (in press).
• [文献書誌] Tomoko Masaike, et al.: "Rotation of F1-ATPase and the hinge residues of the βsubunit."J.Exp.Biol.. 203. 1-8 (2000)
• [文献書誌] Kazuhiko Kinosita.Jr., et al.: "F1-ATPase : a highly efficient rotary ATP machine."Essays Biochem.. 35. 3-18 (2000)
• [文献書誌] Kazuhiko Kinosita.Jr., et al.: "A rotary molecular motor that can work at near 100% efficiency."Phil.Trans.Roy.Soc.Lond.B.. 355. 473-490 (2000)
• [文献書誌] Ryohei Yasuda, et al.: "Rotation of ATP synthase."Nalk-ATPase and Related ATPases. 87-92 (2000)
• [文献書誌] Shikichi Ishiwata, et al.: "Single molecular mechanics of motor proteins."Progr.Biophys.Mol Biol.. (in press).
• [文献書誌] 安田凉平,木下一彦: "生体とエネルギーの物理-生命力のみなもと"裳華房. 198-216 (2000)