滑り運動中に実現するミオシン活性中間体の特異な構造と機能:エネルギー蓄積の可能性

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16370070
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 片山 栄作 東京大学, 医科学研究所, 教授 (50111505)
• 研究分担者: 上田 太郎 産業技術総合研究所, ジーンファンクション研究センター, 副センター長 (90356551)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: 滑り運動 / アクトミオシン / 急速凍結電子顕微鏡法 / 3次元再構成 / 構造差分検出法 / ミオシン-V / 高性能標識 / 蛋白質分子動態解析

研究概要

アクチン滑り運動に伴うミオシン頭部の構造変化を捉えるために、急速凍結ディープエッチ・レプリカ電子顕微鏡像から対象の3次元構造を高精度で解析する手法の開発を続けてきた。再構成法の開発に並行して、蛋白質表面の凹凸を反映すると推定されるレプリカ像の表面パターンを対象蛋白質の原子モデルからのシミュレーション像と定量的に比較する構造差分検出法を開発し、機能中のアクト重メロミオシン-llの構造解析に応用した。その結果、滑り運動中のミオシン頭部は、広く信じられているATP結合型とは逆に屈曲していることが判明したが、さらに、同じ構造でありながらアクチンに対する結合角度のみが異なる粒子も見出されたことから、従来説とは大きく異なり、観察されたすべての画像を合理的に説明するクロスブリッジ構造変化の新たなモデルを構築した。一方、長いレバーアームを有し、アクチン上をプロセッシブに歩行中のミオシン-Vのアクチン結合部位の構造について同様の解析を行った。後足は硬直複合体の構造を示し先行研究の結果を支持したが、前足にはミオシン-llの場合と同様、われわれが新たに見出した構造が最も良く合致した。これはわれわれの提唱する構造変化の普遍性を如実に示唆するものである。細胞内のさまざまな分子構築中で特定の分子やサブドメインの局在部位と向きをレプリカ試料の視野内で示し、さらに生きた細胞中におけるその分子の動態を蛍光顕微鏡で追うことを可能とする高性能の顕微鏡用標識の開発を進めてきたが、そのコンストラクトをミオシン分子に直接融合し、頭部に標識を付加させることに成功した。原子間力顕微鏡でその動きの動画記録を試みたが、世界最高性能の機種でも時間/空間分解能が不足し、さらに基板への材料の吸着が弱く全体が不安定であった。上記の構造変化を直接検証するため、吸着を強め、さらに複数の分子内標識を導入して再度観察する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] A Procedure to Analyze Surface Profiles of the Protein Molecules Visualized by Quick-freeze Deep-etch Replica Electron Microscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Kimori Y, Oguchi Y, Ichise N, Baba N, Katayama E.
  • 雑誌名: Ultramicroscopy In press
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cargo binding makes a wild-type single-headed myosin-VI move processively. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwaki M, Tanaka H, Iwane AH, Katayama E, Ikebe M, Yanagida T.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 90 ページ: 3643-3652
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shigella Spa33 is an essential C-ring component of type III secretion machinery. (2006)
  • 著者名/発表者名: Morita-Ishihara T, Ogawa M, Sagara H, Yoshida M, Katayama E, Sasakawa C.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 ページ: 599-607
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Procedure to Analyze Surface Profiles of the Protein Molecules Visualized by Quick-freeze Deep-etch Replica Electron Microscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Kimori Y, Oguchi Y, lchise N, Baba, N, Katayama E.
  • 雑誌名: Ultramicroscopy. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cargo binding makes a wild-type single-headed myosin-VI move processively. (2006)
  • 著者名/発表者名: lwaki M, Tanaka H, lwane AH, Katayama E, lkebe M, Yanagida T.
  • 雑誌名: Biophysical Journal. 90 (10) ページ: 3643-3652
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Shigella Spa33 is an essential C-ring component of type III secretion machinery. (2006)
  • 著者名/発表者名: Morita-lshihara T, Ogawa M, Sagara H, Yoshida M, Katayama E, Sasakawa C.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 (1) ページ: 599-607
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cooperative structural change of actin filaments interacting with activated myosin motor domain, detected with copolymers of pyrene-labeled actin and acto-S1 chimera protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Siddique MS, Mogami G, Miyazaki T, Katayama E, Uyeda TQ, Suzuki M.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 33 ページ: 1185-1191
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High-performance purification of gelsoin from plasma using anion-exchange porous hollow-fiber membrane. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara K, Yonedu S, Saito K, Shiraishi T, Sugo T, Tojyo T, Katayama E.
  • 雑誌名: Journal of Chromatography B Analytical Technology and Biomedical Life Sciences 821 ページ: 153-158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Evidence against essential roles for subdomain 1 of actin in actomyosin sliding movements. (2005)
  • 著者名/発表者名: Siddique MS, Miyazaki T, Katayama E, Uyeda TQ, Suzuki M.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 332 ページ: 474-481
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cooperative structural change of actin filaments interacting with activated myosin motor domain, detected with copolymers of pyrene-labeled actin and acto-S1 chimera protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Siddique MS, Mogami G, Miyazaki T, Katayama E, Uyeda TQ, Suzuki M.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 33 (4) ページ: 1185-1191
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High-performance purification of gelsolin from plasma using anion-exchange porous hollow-fiber membrane. (2005)
  • 著者名/発表者名: Haglwara K, Yonedu S, Saito K, Shiraishi T, Sugo T, Tojyo T, Katayama E.
  • 雑誌名: Journal of Chromatography B Analytical Technology, Biomedical and Life Sciences 821 (2) ページ: 153-158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evidence against essential roles for subdomain 1 of actin in actomyosin sliding movements. (2005)
  • 著者名/発表者名: Siddique MS, Miyazaki T, Katayama E, Uyeda TQ, Suzuki M.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 332 (2) ページ: 474-481
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] αB-crystallin-coated MAPs-microtubule resists nocodazole- and calcium-induced disassembly. (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Ohto E, Katayama E, Atomi Y.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 117 ページ: 1719-26
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tri-dimensional morphometrical analyses of astrocytic processes with the high voltage electron microscopy of thick Golgi preparations (2004)
  • 著者名/発表者名: Hama K, Arii T, Katayama E, Marton M, Ellisman MH.
  • 雑誌名: Journal of Neurocytology 33 ページ: 277-285
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Interaction of myosin/ADP/fluorometal complexes with fluorescent probes and direct observation using quick-freeze deep-etch electron microscopy. (2004)
  • 著者名/発表者名: Maruta S, Uyehara Y, Aihara T, Katayama E.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 136 ページ: 57-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 急速凍結ディープエッチ・レプリカ法 : その特長と最近の企てについて (2004)
  • 著者名/発表者名: 片山 栄作
  • 雑誌名: 顕微鏡 39 ページ: 133-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] αB-crystallin-coated MAPs-microtubule resists nocodazole-and calcium-induced disassembly. (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujita Y, Ohto E, Katayama E, Atomi Y.
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 117 (9) ページ: 1719-1726
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tri-dimensional morphometrical analyses of astrocytic processes with the high voltage electron microscopy of thick Golgi preparations (2004)
  • 著者名/発表者名: Hama K, Arii T, Katayama E, Marton M, Ellisman MH.
  • 雑誌名: Journal of Neurocytology 33 (3) ページ: 277-285
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction of myosin/ADP/fluorometal complexes with fluorescent probes and direct observation using quick-freeze deep-etch electron microscopy. (2004)
  • 著者名/発表者名: Maruta S, Uyehara Y, Aihara T, Katayama E.
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 136 (1) ページ: 57-64
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Quick-freeze deep-etch replication : Its advantageous features and recent attempts. (in Japanese) (2004)
  • 著者名/発表者名: Katayama E, Baba N.
  • 雑誌名: Kenbikyo 39 (2) ページ: 133-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] 顕微鏡解析用プローブ及び顕微鏡解析方法 (2005)
  • 発明者名: 片山栄作
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 特願2005-168887
  • 出願年月日: 2005-06-08
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より