ダイニン組換え体と、その構造・動態に基づくエネルギー変換機構の解明

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17107003
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 須藤 和夫 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (20111453)
• 連携研究者: 昆 隆英 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教 (30332620)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2009
• キーワード: 細胞質ダイニン / AAA+ファミリー / 微小管 / ATP加水分解酵素 / FRET / 電子顕微鏡 / パワーストローク

研究概要

細胞内で物質輸送を駆動したり細胞分裂時の染色体分離を担ったりする細胞質ダイニンがどのようにしてATPの加水分解エネルギーを力学的仕事に変換するか、その分子機構をあきらかにすることが本研究の目的である.本研究の成果としてはつぎのことがあげられる.(1)遺伝子操作を駆使してダイニンの最小モータードメインを同定し、電子顕微鏡法でその構造をあきらかにした.(2)ATP加水分解キネティックスをもとに、1個のダイニンモータードメインは3か所のATP加水分解部位と1か所のADP結合部位をもつことをあきらかにした.そして、このうち1個の主要なATP加水分解部位がダイニンのモーター機能を駆動しており、残りのATP加水分解部位は、この主要部位を制御する部位であることもあきらかにした.(3)主要ATP加水分解部位での反応ステップをストップトフロー法で詳細に解析した.(4)主要ATP加水分解部位の反応ステップに呼応して、モータードメインから突き出ているリンカーが大きくスイングし、レバーアームとして機能することをFRET法や電子顕微鏡法であきらかにした(5)主要ATP加水分解部位の加水分解ステップに呼応して、ダイニン上の微小管結合部位に構造変化がおこり、微小管とダイニンが会合と解離を繰り返すことをあきらかにした.このような成果に基づいて、ダイニンの作動機構のモデルを作り上げた.

研究成果

• [雑誌論文] Biomolecular-Motor-Based Nano-or Microscale Particle Translocations on DNA Microarrays. (2009)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hiyama,, Riho Gojo, Tomohiro Shima, Shoji Takeuchi, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: Nano Letters.Publication on Web on
• [雑誌論文] AAA+ Ring and Linker Swing Mechanism in the Dynein Motor (2009)
  • 著者名/発表者名: Anthony J. Roberts, Naoki Numata, Matt L. Walker, Yusuke S. Kato, Bara Malkova, Takahide Kon, Reiko Ohkura, Fumio Arisaka, Peter J. Knight, Kazuo Sutoh, Stan A. Burgess.
  • 雑誌名: Cell 136 ページ: 485-595
• [雑誌論文] Helix sliding in the stalk coiled coil of dynein couples ATPase and microtubule binding. (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kon, Kenji Imamula, Anthony J Roberts, Reiko Ohkura, Peter J Knight, I R Gibbons, Stan A Burgess, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 16 ページ: 325-333
• [雑誌論文] Autonomous Loading/Unloading and Transport of Specified Cargoes Using DNA Hybridization and Biological Motor-Based Motility. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiyama, S., Inoue, T., Shima, T., Moritani, Y., Suda, T., Sutoh, K.
  • 雑誌名: Small 4 ページ: 410-415
• [雑誌論文] Three-dimensional structure of cytoplasmic dynein bound to microtubules. (2007)
  • 著者名/発表者名: Naoko Mizuno, Akihiro Narita, Takahide Kon, Kazuo Sutoh, Masahide Kikkawa
  • 雑誌名: PNAS 104 ページ: 20832-20837
• [雑誌論文] The coordination of cyclic microtubule association/dissociation and tail swing of cytoplasmic dynein. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kenji Imamula, Takahide Kon, Reiko Ohkura, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: PNAS 104 ページ: 16134
• [雑誌論文] Kinetic characterization of tail swing steps in the ATPase cycle of Dictyostelium cytoplasmic dynein. (2007)
  • 著者名/発表者名: Toshifumi Mogami, Takahide Kon*, Kohji Ito, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: J.Bio.Chem 282 ページ: 21639
• [雑誌論文] Two modes of microtubule sliding driven by cytoplasmic dynein. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Shima, Takahide Kon, Kenji Imamula, Reiko Ohkura, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: PNAS 103 ページ: 17736-17740
• [雑誌論文] Functional characterization of the amino-terminal region of myosin 2. (2006)
  • 著者名/発表者名: Setsuko Fujita-Becker, Georgios Tsiavaliaris, Reiko Ohkura, Takashi Shimada, Dietmar Manstein, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: J.Bio.Chem. 281 ページ: 36102-36109
• [雑誌論文] Head-head coordination is required for the processive motion of cytoplasmic dynein, an AAA+ molecular motor. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Shima, Kenji Imamula, Takahide Kon, Reiko Ohkura, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: J.Struc.Biol. 156 ページ: 182-189
• [雑誌論文] ATP-hydrolysis cycle-dependent stem motions in cytoplasmic dynein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kon, Toshifumi Mogami, Reiko Ohkura, Masaya Nishiura, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 12 ページ: 513-519
• [雑誌論文] Distinct functions of nucleotide-binding/hydrolysis sites in the four AAA modules of cytoplasmic dynein, as revealed by biochemical characterizations of recombinant fragments. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kon, Masaya Nishiura, Reiko Ohkura, Yoko Y. Toyoshima, Kazuo Sutoh
  • 雑誌名: Biochemistry 43 ページ: 11266-11274
• [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, M., 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
• [学会発表] Dynein-The old but still mysterious motor protein (2009)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society subgroup meeting
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] Elucidation of structural states of dimeric motor domain of dynein using Cys-light construct (2009)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Y., Shima T., Kon T., Sutoh K., Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] How does the two-headed dynein processively walk on a microtubule? (2009)
  • 著者名/発表者名: Shima T., Numata N., Kon T., Ohkura R., Higuchi H., Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] Communication of multiple ATPase sites of the dynein motor domain. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: Gordon Conference on Muscle and Molecular Motors
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Dissection of Inter-modular Communication among Multiple Nucleotide-binding/hydrolysis Sites of Cytoplasmic Dynein. (2008)
  • 著者名/発表者名: Mogami T., Imamula K., Ohkura R., Sutoh K., Kon T.
  • 学会等名: The American Society of Cell Biology annual meeting
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Biochemical Dissection of Motor Functions of Cytoplasmic Dynein. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Force generation by cytoplasmic dynein, a microtubule-based motor protein that belongs to the AAA+ family. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: The 6^<th> International Conference on AAA proteins
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Kinetic analysis of dynein-MT interaction. (2007)
  • 著者名/発表者名: Imamula K, Kon T, Ohkura R, Sutoh, K.
  • 学会等名: Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Two modes of microtubule-sliding driven by cytoplasmic dynein. (2007)
  • 著者名/発表者名: Shima T, Kon T, Imamula K, Ohkura R., Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Are six AAA modules sufficient to form the AAA ring of dynein? (2007)
  • 著者名/発表者名: Numata N, Roberts A, Burgess SA, Kon, T., Ohkura, R., Knight, P. Sutoh, K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Structure and Function of Dynein, A Huge Microtubule-based AAA+ Motor. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Dissection of Intra-molecular Communications between the Catalytic Head and Microtubule-binding Site in the Dynein Heavy Chain. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kon T., Imamura K., Okura R., Sutoh K.
  • 学会等名: The American Society of Cell Biology annual meeting
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Roles of multiple nucleotide-binding/hydrolysis sites of the cytoplasmic dynein motor domain in microtubule sliding (2006)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K., Mogami T., Imamula K., Ohkura R., Kon T.
  • 学会等名: The Biophysical Society Discussion Meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Dissection of Intra-molecular Communications between the Catalytic Head and Microtubule-binding Site in the Dynein Heavy Chain. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kon T., Imamura K., Okura R., Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society Discussion Meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20060000
• [学会発表] Molecular mechanism of force generation by cytoplasmic dynein as revealed by fully active recombinant motor domain. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sutoh K.
  • 学会等名: Gordon Conference on Muscle and Molecular Motors
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] Active participation of the stalk coiled-coil in communication between ATPase and MT-binding sites of cytoplasmic dynein (2005)
  • 著者名/発表者名: Okura R, Kon T, Shima T., Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] ATP-hydrolysis cycle dependent stem motions in cytoplasmic dynein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kon T, Mogami T, Ohkura R, Sutoh K.
  • 学会等名: Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] Kinetic analysis of FRET changes of recombinant dynein motor domain. (2005)
  • 著者名/発表者名: Mogami T, Kon T, Ohkura R, Sutoh K.
  • 学会等名: The Biophysical Society annual meeting
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 20050000
• [学会発表] Distinct roles of the four nucleotide-binding/hydrolysis sites in the motor activities of cytoplasmic dynein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kon T, Mogami T, Nishiura M, Sutoh K.
  • 学会等名: The American Society of Cell Biology annual meeting
  • 年月日: 20040000