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2013 年度 実施状況報告書

高速原子間力顕微鏡による脚の短いプロセッシブミオシンの運動メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 24770149
研究機関金沢大学

研究代表者

古寺 哲幸  金沢大学, バイオAFM先端研究センター, 准教授 (30584635)

キーワード一分子計測・操作 / モータータンパク質 / 原子間力顕微鏡 / ミオシン / アクチン / 生物物理学
研究概要

ミオシン6とミオシン10は、細胞内で小胞輸送や、特定の構造を保持するためのアンカーとして機能しているモータータンパク質である。これら2つのミオシンは脚が短いにも関わらず、アクチンフィラメント上を大きな歩幅でプロセッシブ運動できることが報告されている。しかしながら、それらがアクチンフィラメントと相互作用しているときの明瞭な構造的証拠はいままで得られていない。そこで、本研究では高速原子間力顕微鏡(高速AFM)を用いて、運動中のミオシン6とミオシン10の構造形態変化を直接観察することで、その構造的証拠を提出し、それぞれのミオシンの機能メカニズムを詳細に解明することに取り組んでいる。
当該年度は、前年度までに観察に成功している各ミオシンの歩行運動の高空間分解能観察と観察例を増やすことに取り組んだ。特に、ミオシン10においては、得られた観察像の詳細解析に取り組み、運動様式の詳細を次のように明らかにすることができた。(1)大きな歩幅は、ミオシンの軽鎖結合部位よりも高さが低いドメインによって実現されていること。その高さが低いドメインは、これまで報告されているSAH(single alpha helixの略)ドメインと矛盾しない形状で、歩行運動中のミオシン10において直接的な構造証拠を提出できたことを意味する。(2)低濃度ATP存在下で、ミオシン10はミオシン5よりも頻繁に前足が解離し、イレギュラーな運動を起こしやすいことが分かった。これは、ミオシン10の2つの足が柔らかいSAHドメインでつなげられているために、分子内張力による2つの足のキネティクスの非対称性の度合いを低くしているためだと考察された。
また、ミオシン10においては、ファシンでバンドル化したアクチンフィラメント上(生体内で機能している環境に近い)を運動する様子も観察することにも成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

高速原子間力顕微鏡を用いて、ミオシン6とミオシン10の歩行観察を直接観察することによって、それぞれのミオシンが大股を広げて歩行している様子の構造的証拠を得ることができており、徐々にその運動様式の詳細に迫るデータを得ることができている。しかしながら、それぞれのミオシンは、これまでに観察に成功しているミオシン5の運動と比べてレギュラーな運動を行わないことが分かってきた。それゆえ、その運動様式を定量するためにはたくさんの観察例を集めなければならないが、先鋭で安定なAFM探針を作成する歩留りが悪く、さらに先鋭なAFM探針を作成できても摩耗が激しいために、当初計画していたほどに高い空間分解能の観察例が集まらないという状況である。これには、本課題研究で観察しているミオシン6と10は、ミオシン5にくらべ足が短いということも強く影響している。ミオシン6の歩行運動様式に関しては、大股を広げるときの構造モデルとして、現在2つのモデルが提案され、論争中であるが、それを決定的にする映像は得られていない状況である。

今後の研究の推進方策

次年度が本研究課題の実施の最終年度であるので、ミオシン10に関しては、統計解析を行える程度に観察例が集められているので、それらをまとめ、運動様式を議論した論文を執筆する。また、ミオシン6に関しては、論争中の二つのモデルのどちらの場合も観察されており、どちらのモデルも正しい場合も考えられるが、空間分解能が十分でないために、そのように観察されていることも考えられる。先鋭で安定なAFM探針の作成法を模索しながら、高い空間分解能でミオシン6の歩行運動を観察し、その運動様式を明らかにする。ミオシン6もミオシン10と同様に、運動様式を統計解析し、その機能メカニズムを明らかにする。ミオシン6に関しても、次年度の終わりまでに論文を投稿できるところまでもっていく。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 8件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] High-speed AFM and applications to biomolecular systems2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ando, T. Uchihashi, and N. Kodera
    • 雑誌名

      Annual Review of Biophysics

      巻: 42 ページ: 393-414

    • DOI

      doi:10.1146/annurev-biophys-083012-130324

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphorylation-Coupled Intramolecular Dynamics of Unstructured Regions in Chromatin Remodeler FACT2013

    • 著者名/発表者名
      M. Hashimoto, N. Kodera, Y. Tsunaka, M. Oda, M. Tanimoto, T. Ando, K. Morikawa, and S. Tate
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 104 ページ: 2222-2234

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2013.04.007

    • 査読あり
  • [学会発表] Walking mechanism of myosin V revealed by high-speed AFM2014

    • 著者名/発表者名
      古寺哲幸,内橋貴之,安藤敏夫
    • 学会等名
      231st IMEG seminars & Minisymposium: ATP/GTP駆動分子マシナリーの高速AFMイメージングと分子機構解明の進展
    • 発表場所
      熊本大学発生医学研究所
    • 年月日
      20140220-20140221
    • 招待講演
  • [学会発表] Video imaging of cofilin-induced actin filament severing by high-speed AFM2014

    • 著者名/発表者名
      Kien Xuan Ngo, Noriyuki Kodera, Akira Nagasaki, Toshio Ando, Taro Q.P. Uyeda
    • 学会等名
      the Biophysical Society 58th Annual Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, CA
    • 年月日
      20140215-20140219
  • [学会発表] High-speed AFM: Technical progress and application to myosin V2014

    • 著者名/発表者名
      Toshio Ando, Noriyuki Kodera, Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      XVI. Linz Winter Workshop
    • 発表場所
      Linz, Austria
    • 年月日
      20140130-20140203
    • 招待講演
  • [学会発表] Video imaging of cofilin-induced actin filament severing by high-speed AFM2014

    • 著者名/発表者名
      Kien Xuan Ngo, 古寺哲幸,長崎晃,安藤敏夫,上田太郎
    • 学会等名
      2014年生体運動合同班会議
    • 発表場所
      千葉大学
    • 年月日
      20140110-20140112
  • [学会発表] Application of high-speed atomic force microscopy –from proteins to Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi, Noriyuki Kodera, Toshio Ando
    • 学会等名
      12th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials
    • 発表場所
      Auckland, New Zealand
    • 年月日
      20131208-20131213
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFM観察によるコラーゲン分解におけるコラーゲナーゼのダイナミクスの解明2013

    • 著者名/発表者名
      中山隆宏、古寺哲幸、紺野宏記、安藤敏夫
    • 学会等名
      第36回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      20131203-20131206
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy filming dynamic biomolecular processes2013

    • 著者名/発表者名
      Toshio Ando, Takayuki Uchihashi, Noriyuki Kodera
    • 学会等名
      ACSIN12 & ICSPM21
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      20131105-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] Chemomechanical coupling mechanism of myosin V revealed by high-speed AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Kodera, Takayuki Uchihashi, Kenta Yagi, Toshio Ando
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
    • 招待講演
  • [学会発表] Walking mechanism of myosin X revealed by high-speed AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sakiyama, Noriyuki Kodera, Osamu Sato, Mitsuo Ikebe, Toshio Ando
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Pilot study 2 for the development of high-speed ultrasonic AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Tomofumu Saito, Noriyuki Kodera, Toshio Ando
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Real-time observation of amyloid fibril formation of yeast prion Sup35 by high-speed atomic force microscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Liwen Zhu, Hiroki Konno, Momoko Okuda, Noriyuki Kodera, Toshio Ando, Hideki Taguchi
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Structure of prteins involved in Mycoplasma mobile gliding revealed by visualization2013

    • 著者名/発表者名
      Yuhei Tahara, Noriyuki Kodera, Toshio Ando, Makoto Miyata
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Investigation of hPrx2 oligomerization process by high-speed AFM2013

    • 著者名/発表者名
      Takamitsu Haruyama, Noriyuki Kodera, Hiroki Konno
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] High-speed atomic force microscopy for video imaging of functioning biological molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Kodera
    • 学会等名
      2nd International Conference and Exhibition on Materials Science & Engineering
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 年月日
      20131007-20131009
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能中のタンパク質をリアルタイム撮影できる高速原子間力顕微鏡2013

    • 著者名/発表者名
      古寺哲幸
    • 学会等名
      第22回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 発表場所
      東京大学薬学部講堂
    • 年月日
      20130914-20130916
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Molecule Imaging of Proteins at Work with High-Speed Atomic Force Microscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Uchihashi, Noriyuki Kodera, Toshio Ando
    • 学会等名
      IMS Workshop on "Hierarchical Molecular Dynamics: From Ultrafast Spectroscopy to Single Molecule Measurements"
    • 発表場所
      Okazaki, Japan
    • 年月日
      20130525-20130526
    • 招待講演
  • [備考] 金沢大学生物物理学研究室

    • URL

      http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index.htm

  • [備考] 金沢大学理工研究域バイオAFM先端研究センター

    • URL

      http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/bioafm_center/index.htm

  • [備考] 金沢大学研究者情報

    • URL

      http://ridb.kanazawa-u.ac.jp/public/detail_en.php?id=3403&page=1&search=1&keyword=Kodera&andor=AND&tgt1=1&tgt2=&tgt3=&tgt4=

  • [備考] 金沢大学理工研究域テニュア・トラック教員紹介ページ

    • URL

      http://www.se.kanazawa-u.ac.jp/tenure/staff/kodera.html

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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