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

2014 年度 実績報告書

• 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)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ミオシン / アクチン / 一分子計測・操作 / モータータンパク質 / 原子間力顕微鏡 / 生物物理学

研究実績の概要

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ミオシンである。これらのミオシンは脚が短いにも関わらず、アクチン繊維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、それらがアクチン繊維と相互作用しているときの明瞭な構造証拠は得られていない。そこで、本研究では高速原子間力顕微鏡を用いて、運動中のミオシン6と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課題に取り組んだ。
結果、どちらのミオシンにおいてもアクチン繊維に沿って、大きな歩幅で動いたり、小さな歩幅で動いたりする様子をビデオ撮影することに成功した。ここで、大きな歩幅は、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を持った部位で実現されていることを直接可視化した。この成果は、当該分野において、アクチン繊維と結合しているこれらのミオシンの姿が詳細に得られていない中で、画期的な成果といえる。また、どちらのミオシンも、脚の長いプロセッシブなミオシン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かった。これは、ミオシン6や10では、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が低くなっているためだと考察された。このことは、従来の生物物理学的手法で予想されていたが、ここではそれを説明する構造証拠を得ることができた。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繊維上（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。現在これらの内容をまとめた論文を執筆中である。

研究成果

• [雑誌論文] CYK4 Promotes Antiparallel Microtubule Bundling by Optimizing MKLP1 Neck Conformation (2015)
  • 著者名/発表者名: Davies, T., Kodera, N., Kaminski Schierle, G.S., Rees, E., Erdelyi, M., Kaminski, C.F., Ando, T., and Mishima, M.
  • 雑誌名: PLoS biology 巻: 13 ページ: e1002121
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.1002121
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cofilin-induced unidirectional cooperative conformational changes in actin filaments revealed by high-speed atomic force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ngo, K.X., Kodera, N., Katayama, E., Ando, T., and Uyeda, T.Q.
  • 雑誌名: eLife 巻: 4 ページ: e04806
  • DOI: 10.7554/eLife.04806
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-Ball Structure of the Flagellar Hook-Length Control Protein FliK as Revealed by High-Speed Atomic Force Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Kodera, N., Uchida, K., Ando, T., and Aizawa, S.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 427 ページ: 406-414
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2014.11.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The path to visualization of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kodera, N., and Ando, T.
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 6 ページ: 237-260
  • DOI: 10.1007/s12551-014-0141-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] IgGs are made for walking on bacterial and viral surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Preiner, J., Kodera, N., Tang, J., Ebner, A., Brameshuber, M., Blaas, D., Gelbmann, N., Gruber, H.J., Ando, T., and Hinterdorfer, P.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 4394
  • DOI: 10.1038/ncomms5394
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple interactions of the intrinsically disordered region between the helicase and nuclease domains of the archaeal Hef protein (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishino, S., Yamagami, T., Kitamura, M., Kodera, N., Mori, T., Sugiyama, S., Ando, T., Goda, N., Tenno, T., Hiroaki, H., and Ishino, Y.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 ページ: 21627-21639
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.554998
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高速原子間力顕微鏡による生体分子のナノ動態撮影 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 69 ページ: 459-464
  • オープンアクセス
• [学会発表] 液中ナノメートル世界をビデオ撮影できる高速原子間力顕微鏡 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古寺哲幸
  • 学会等名: 大阪市立大学大学院理学研究科/理学部 生物学科 Seminar series
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2015-02-13 – 2015-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] ATP非存在下で機械的刺激に誘起されて起こるミオシンVの一方向性運動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • 学会等名: 2015年生体運動合同班会議
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] 高速AFMの開発とバイオへの応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • 学会等名: 日本学術振興会「先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会」平成２６年度第5回研究会「先端ナノ計測技術と材料」
  • 発表場所: 早稲田大学研究開発センター
  • 年月日: 2014-11-14 – 2014-11-14
  • 招待講演
• [学会発表] ATP-less walking of myosin V on actin filaments (2014)
  • 著者名/発表者名: Kodera, N., Uchihashi, T., and Ando, T
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Real time imaging of collagenase behavior by high speed atomic force microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, T., Kodera, N., Konno, H., and Ando, T.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Cofilin-induced unidirectional cooperative conformational changes of actin filaments visualized by high speed atomic force microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Ngo, KX., Kodera, N., Katayama, E., Nagasaki, A., Ando, T., and Uyeda, TQP.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Direct observation of functioning myosin VI by high-speed AFM (2014)
  • 著者名/発表者名: Sano, S., Kodera, N., Safer, D., Sweeney, L., and Ando, T.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] An analysis of cooperative binding of myosin to F-actin using high-speed atomic force microscope and fluorescence microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueno, H., Nishikawa, Y., Ainai, A., Hirakawa, R., Yoshino, A., Kodera, N., Uyeda, TQP., and Tokuraku, K.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] High-speed AFM observation of structure and function of MukB (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagi, K., Yano, K., Kodera, N., Niki, H., and Ando, T.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Real-Time Observation of DNA Digestion by RecBCD with High-Speed Atomic Force Microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhao, W., Handa, N., Moriguchi, Y., Kowalczykowski, S., Kodera, N., and Ando, T.
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] High-speed Atomic Force Microscopy for Nano-visualization of Dynamic Processes (2014)
  • 著者名/発表者名: Ando, T., Uchihashi, T., and Kodera, N.
  • 学会等名: NC-AFM2014
  • 発表場所: Tukuba, Japan
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] ATP-less movement of myosin V (2014)
  • 著者名/発表者名: Kodera, N., Uchihashi, T., and Ando, T.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Muscle & Molecular Motors, Resolving the Molecular Mechanisms of Contractile Biology
  • 発表場所: Mount Snow Resort, West Dover, VT, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-16
• [学会発表] 新規高速AFM走査モードで解明するミオシンVの化学-力学エネルギー変換機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古寺哲幸, 内橋貴之, 安藤敏夫
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [図書] Atomic Force Microscopy in Nanobiology (2014)
  • 著者名/発表者名: Uchihashi, T., Kodera, N., and Ando, T.
  • 総ページ数: 437
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [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.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