AAA型分子モーターダイニンの作動メカニズム

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16370069
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 豊島 陽子 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (40158043)
• 研究分担者: 枝松 正樹 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助手 (60251328)
• キーワード: ダイニン / 分子モーター / 微小管 / ストーク / AAAモチーフ / ATPase活性 / ATP結合部 / 微小管結合部位

研究概要

ダイニンは微小管と相互作用して運動を発生するモータータンパク質であるが、ダイニン分子において微小管結合部位とATP加水分解部位という非常に基本的な機能の実態の解明を試みた。
まず、微小管結合部位とされるストークヘッドとゲルゾリンを融合させたリコンビナントタンパク質を作製し、蛍光アクチンフィラメントをマーカーとして、ストークと微小管の相互作用を顕微鏡下で直接的に観察したところ、ストークヘッドは微小管上を1次元ブラウン運動し、その結合が弱いものであった。ストークヘッドに続くコイル領域の構造変化が微小管との結合に重要と考え、コイル領域の長さの異なるストークタンパク質を作製した。コイル領域がある程度長いものは、CD(円偏光二色性)の測定からアルファヘリックス含量が増加し、コイル構造をとっていると推察された。このタンパク質の微小管との相互作用を調べたところ、微小管上の滞在時間が減少したので、より弱い結合をすることがわかった。コイル構造が巻いているときと巻いていないときのどちらも弱い結合であり、ダイニンがパワーストロークを行うための強い結合状態を取るためには、何らかの別の構造変化が必要であろうと考えられる。
また、ダイニンに6つ存在するAAAモチーフのうち、ATP結合部位(P1-P4)を持つ4つのモチーフ(D1-D4)を発現させて、ATPase活性を調べた。その結果、ダイニンのD1-D4において少なくともP1とP3の2ヶ所にATPase活性があることが明らかになった。さらに、D1に存在するP1が活性を持つためにはD2の存在する特異的なアルギニン必要であること、同様にP3の活性のためにはD4のアルギニンが必要であることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Properties of the full-length heavy chains of Tetrahymena ciliary outer arm dynein separated by urea treatment. (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Gibson, T.M., Shiroguchi, K., Toyoshima, Y.Y., Asai, D.J.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 30-38
• [雑誌論文] A single-headed recombinant fragment of Dictyostelium cytoplasmic dynein can drive the robust sliding of microtubules. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiura, N., Kon, T., Shiroguchi, K., Ohkura, R., Shima, T., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 22799-22802
• [雑誌論文] Dynein and kinesin share an overlapping microtubule-binding site. (2004)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, N., Toba, S., Edamatsu, M., Watai-Nishii, J., Hirokawa, N., Toyoshima, Y.Y., Kikkawa, M.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2459-2467
• [雑誌論文] Dissociation of double-headed cytoplasmic dynein into single-headed species and its motile properties. (2004)
  • 著者名/発表者名: Toba, S., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Cell Motil.Cytoskeleton 58 ページ: 281-289
• [雑誌論文] Distinct functions of nucleotide-binding/hydrolysis sites in the four AAA modules of cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kon, T., Nishiura, M., Ohkura, R., Toyoshima, Y.Y., Sutoh, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 11266-11274
• [雑誌論文] Multiple ATP-hydrolyzing sites that potentiallty function in cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Edamatsu, M., Toyoshima, Y.Y.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 101 ページ: 12865-12869