局所的1分子操作によるF1-ATPaseのトルク発生機構の解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22247025
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 野地 博行 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00343111)
• 研究分担者: 飯野 亮太 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (70403003) ; 田端 和仁 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (50403001)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 1 分子操作 / 1 分子計測 / 分子モーター

研究概要

1分子操作によってF1-ATPaseの反応速度定数と平衡定数を回転角度の関数として決定する事に成功し、ATPの結合過程において大きな力を発生する事を明らかにした。また、トルク発生部位であるβサブユニットの構造変化を非常に高い時空間分解能で計測する手法を確立し、βの構造変化がパワーストローク型である事を明らかにした。変異体解析で示唆されていた固定子リング内における3つのβサブユニット間の協同性を、高速原子間力顕微鏡を用いて実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Biased Brownian stepping rotation of FoF1-ATP synthase driven by proton motive force (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe R, Tabata KV, Iino R, Ueno H, Iwamoto M, Oiki S, Noji H
  • 雑誌名: Nature Communications
  • DOI: DOI:10.1038/ncomms2631, 1-6.
• [雑誌論文] Mechanical Modulation of ATP-Binding Affinity of V1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Esma Tirtom N, Okuno D, NakanoM, Yokoyama K, Noji H
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 288 1 ページ: 619-623
• [雑誌論文] Ion Permeation by a Folded Multiblock Amphiphilic Oligomer Achieved by Hierarchical Construction of Self-Assembled Nanopores (2012)
  • 著者名/発表者名: Muraoka T, Shima T, Hamada T, Morita M, Takagi M, Tabata K, Noji H, Kinbara, K
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 134, 48 ページ: 19788-19794
• [雑誌論文] Label-free single-particle imaging of the influenza virus by objective-type total internal reflection dark-field microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Enoki S, Iino R, Morone N, Kaihatsu K, Sakakihara S, Kato N, Noji H
  • 雑誌名: J Am Chem Soc 巻: 7,11, e49208 ページ: 1-7
• [雑誌論文] Changes in Cytosolic ATP Levels and Intracellular Morphology duringBacteria-Induced Hypersensitive Cell Death as Revealed by Real-Time Fluorescence Microscopy Imaging, ( (2012)
  • 著者名/発表者名: Hatsugai N, Koldenkova VP, Imamura H, Noji H, Nagai T
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 53, 10 ページ: 1768-1775
• [雑誌論文] Mechanical modulation of catalytic power on F1-ATPase (2012)
  • 著者名/発表者名: Watanabe R, Okuno D, Sakakihara S, Shimabukuro K, Iino R, Yoshida M, Noji H.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 8 ページ: 86-92
• [雑誌論文] Role of the DELSEED Loop in Torque Transmission of F1-ATPase. (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizue Tanigawara, Kazuhito V. Tabata, Yuko Ito, Jotaro Ito, Rikiya Watanabe, Hiroshi Ueno, Mitsunori Ikeguchi, and Hiroyuki Noji
  • 雑誌名: Biophys J 巻: 103, 5 ページ: 970-978
• [雑誌論文] Single-molecule analysis of inhibitory pausing states of V1-ATPase. (2012)
  • 著者名/発表者名: Naciye Esma Uner, Yoshihiro Nishikawa, Daichi Okuno, Masahiro Nakano, Ken Yokoyama, and Hiroyuki Noji.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 287, 34 ページ: 28327-28335
• [雑誌論文] Winding single-molecule double-stranded DNA on a nanometer-sized reel. (2012)
  • 著者名/発表者名: You H, Iino R, Watanabe R, Noji H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research, Published online
  • DOI: DOI:10.1093/nar/gks651, 1-6
• [雑誌論文] A single-cell drug efflux assay in bacteria by using a directly accessible femtoliter droplet array. ( (2012)
  • 著者名/発表者名: Iino R, Hayama K, Amezawa H, Sakakihara S, KimSH, Matsumono Y, Nishino K, Yamaguchi A, Noji H.
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 12 ページ: 3923-3929
• [雑誌論文] Molecular mechanism of ATP hydrolysis in F1-ATPase revealed by molecular simulations and single molecule observations. ( (2012)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S; Ueno H, Shaikh AR, Umemura M, Kamiya M, Ito Y, Ikeguchi M, Komoriya Y, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 134, 20 ページ: 8447-8454
• [雑誌論文] Principal role of the arginine finger in rotary catalysis of F1-ATPase. (2012)
  • 著者名/発表者名: Komoriya Y, Ariga T, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 287, 18 ページ: 15134-15142
• [雑誌論文] ComplementarMetal?Oxide?Semiconductor Image Sensor with Microchamber Array for Fluorescent Bead Counting (2012)
  • 著者名/発表者名: Sasagawa K, Ando K, Kobayashi T, Noda T, Tokuda T, Kim SH, Iino R, Noji H, Ohta J.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51. 02BL01
• [雑誌論文] Expression of ATP sensor protein in Caenorhabditis elegans (2011)
  • 著者名/発表者名: Kishikawa J, Fujikawa M, Imamura H, Yasuda K, Noji H, Ishii N, Mitani S, Yokoyama K.
  • 雑誌名: Microscopy Research and Technique 巻: 75, 1, ページ: 15-19
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscopy reveals rotary catalysis of rotorless F1-ATPase (2011)
  • 著者名/発表者名: Uchihashi T, Iino R, Ando T, Noji H.
  • 雑誌名: Science 2011 巻: 333 ページ: 755-758
• [雑誌論文] Resolving stepping rotation in Thermus thermophiles H(+)-ATPase/synthase with an essentially drag-free probe (2011)
  • 著者名/発表者名: Furuike S, Nakano M, Adachi K, Noji H, Kinosita K Jr, Yokoyama K
  • 雑誌名: Nature Communications 2011 巻: 2 ページ: 233
• [雑誌論文] Ca2+ regulation of mitochondrial ATP synthesis visualized at the single cell level (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakano M, Imamura H, Nagai T, Noji H
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 6 ページ: 709-715
• [雑誌論文] Evaluation of multidrug efflux pump inhibitors by a new method using microfluidic channels, ( (2011)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Y, Hayama K, Sakakihara S, Nishino K, Noji H, Iino R, Yamaguchi A
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 6 ページ: e18547
• [雑誌論文] A single-molecule enzymatic assay in a directly accessible femtoliter droplet array, (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakakihara S, Araki S, Iino R, Noji H
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 10 ページ: 3355-3362
• [雑誌論文] Phosphate-release in F1-ATPase catalytic cycle follows ADP release, (2010)
  • 著者名/発表者名: Watanabe R, Iino R, Noji H.
  • 雑誌名: Nat. Chem Biol. 巻: 6 ページ: 814-820
• [雑誌論文] Stiffness of γsubunit of F1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: Okuno D, Iino R, and Noji H
  • 雑誌名: ライフサイエンス 新着論文レ ビ 巻: 39 ページ: 1589-1596
• [雑誌論文] Simple Dark-Field Microscopy with NanometerSpatial Precision and Microsecond Temporal Resolution (2010)
  • 著者名/発表者名: Ueno H, Nishikawa S, Iino R, Tabata KV, Sakakihara S, Yanagida T, Noji H
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 98 ページ: 2014-2023
• [雑誌論文] Simultaneous Optical and Electrical Single Channel Recordings on a PEG Glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Ide T, Takeuchi Y, Noji H and Tabata KV.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 26 ページ: 8540-8543
• [雑誌論文] Reversible dimerization of Aequorea victoria fluorescent proteins increases the dynamic range of FRET-based indicators (2010)
  • 著者名/発表者名: Kotera I, Iwasaki T, Imamura H, Noji H and Nagai T.
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 5 ページ: 215-222
• [雑誌論文] Fluctuation theorem applied to F1-ATPase (2010)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Ueno H, Iino R, and Noji H,7. 飯 野 亮 太 , 内橋貴之, 安藤敏夫, 野 地 博
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 104 ページ: 218103,1-4
• [学会発表] Mechanical modulation of catalytic power of F1-ATPase rotary motor proteinJSPS (2013)
  • 学会等名: 先端研究拠点事業「最先端マイクロ・ナノ化学国際研究拠点形成」JSPS特別推進研 究「拡張ナノ空間流体工学の創成」共催シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学福武ホール
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Design Principle of F1-ATPase Rotary Molecular Motor (2013)
  • 学会等名: France-Japan Seminar BioInspired Methods & Applications
  • 発表場所: Embassy of France in Japan, (Tokyo JAPAN)
  • 年月日: 2013-02-06
• [学会発表] Single-?Molecule Biophysics of ATP synthase: 15 years for Comprehensive Understanding of the Smart Molecular Motor (2013)
  • 学会等名: France-Japan Seminar BioInspired Methods & Applications, Embassy of France in Japan
  • 発表場所: Tokyo JAPAN
  • 年月日: 2013-02-04
• [学会発表] Single-molecule digital counting of proteins (2012)
  • 学会等名: Paradigm Innovation in Biology: Novel Strategy and Thinking, Academia Sinica
  • 発表場所: Taipei , Taiwan
  • 年月日: 2012-10-17
• [学会発表] Single-Molecule Digital Bioassay with a Million Droplets Array (2012)
  • 学会等名: International Conference Session 5
  • 発表場所: Chiba (Japan)
  • 年月日: 2012-09-07
• [学会発表] Mechanical Modulation of Catalytic Power of F1-ATPase (2012)
  • 学会等名: The 26th Annual Symposium of The ProteinSociety, Manchester Grand Hyatt
  • 発表場所: San Diego ,USA
  • 年月日: 2012-08-07
• [学会発表] Rotation of the rotor-less molecular motor protein (2012)
  • 学会等名: FNANO12, Snowbird Cliff Lodge
  • 発表場所: Salt Lake City ,USA)
  • 年月日: 2012-04-16
• [学会発表] Single-molecule biophysics of FoF1-ATP synthase (2011)
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Tower Hall Funabori(Tokyo, JAPAN)
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] Femtoliter Chamber Array for Single Molecule Bioassay (2011)
  • 学会等名: IUPAC International Congress on Analytical Sciences 2011
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center(Kyoto, JANAN)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Intrinsic cooperativity of isolated stator ring of F1-ATPase (2011)
  • 学会等名: Frontiers of Biophysics the2nd Symposium
  • 発表場所: Seoul NationalUniversity(Korea)
  • 年月日: 2011-05-08
• [学会発表] Femto-liter Reactor Array for Single-molecule Bioanalysis (2011)
  • 学会等名: PITTCON2011
  • 発表場所: Georgia World Congress Center(USA)
  • 年月日: 2011-03-15
• [学会発表] Mechanochemistry of F1-ATPase MotorProtein (2010)
  • 学会等名: ISMSC2010
  • 発表場所: Nara(JAPAN)
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] Femtoliter Chamber Array for Single Molecular Bioassay (2010)
  • 学会等名: ISMM2010
  • 発表場所: Hong Kong University of Science and Technology (Hong Kong)
  • 年月日: 2010-05-29
• [備考]
  • URL: http://www.nojilab.t.u-tokyo.ac.jp/index.html