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2015 年度 実績報告書

時計タンパク質の固有周波数の分子科学的解明

研究課題

研究課題/領域番号 25291039
研究機関分子科学研究所

研究代表者

秋山 修志  分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 教授 (50391842)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード生物時計
研究実績の概要

KaiC単独(KaiAやKaiBが無い状態)であっても,KaiCのATPase活性が減衰振動を示すことを見出した.観察された減衰型の緩和曲線を2次の伝達関数を用いて解析したところ,減衰振動成分の固有振動数は野生型で0.91/日と見積もられた.我々は周期の異なるKaiC変異体(株)についても同様の実験を行った.KaiC単独(野生型や変異体)の固有振動数が,KaiAやKaiBが共存する分子システムとしてのリズム(リン酸化リズムや転写翻訳リズム)の振動数と1対1対応していることを発見した.さらに,固有振動数がKaiCのATPase活性,とくにKaiCのN末端ドメインにあるATPase活性によって規定(ATPase活性が高い → 固有振動数が大きい)されることを証明した.
周期長を決めるATPase活性の制御機構を詳しく調べるため,KaiCのN末端ドメインの高分解能構造解析(最高1.76Å)を行い,野生型と周期変異体を含めて計9個の構造をデータベースに登録した.従来の構造解析では分解能が十分でなかった為に見落とされてきたが,我々が公開した新しい原子座標には機能を表出せしめている構造部位が鮮明に映し出されており,「遅さの根源となる不安定な局所構造」や「温度補償を実現する分子構造の対称性破れ」などを発見することができた.なかでもATPのリン酸基を求核攻撃する加水分解水は,高いATPase活性を示す他の酵素(ミオシンやキネシンなど)に比べて遠く離れた位置に隔離されており,絶対的な反応の遅さを生み出している構造要因の一つであることが示された.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] PSL Research Univ., Chimie ParisTech(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      PSL Research Univ., Chimie ParisTech
  • [雑誌論文] Absolute slowness encoded in the circadian clock protein KaiC2016

    • 著者名/発表者名
      Abe J, Mukaiyama A, Akiyama S
    • 雑誌名

      SPring-8 Research Frontiers 2015

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 時間生物学と放射光科学の接点2016

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 雑誌名

      放射光

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 時計タンパク質KaiCの「遅さ」が刻み込まれた原子構造2016

    • 著者名/発表者名
      阿部 淳,向山 厚,秋山 修志
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA利用者情報

      巻: 21 ページ: 2-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Atomic-scale Origins of Slowness in the Cyanobacterial Circadian Clock2015

    • 著者名/発表者名
      Abe J, Hiyama T B, Mukaiyama A, Son S, Mori T, Saito S, Osako M, Wolanin J, Yamashita E, Kondo T, and Akiyama S
    • 雑誌名

      Science

      巻: 349 ページ: 312-316

    • DOI

      10.1126/science.1261040

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] タンパク質の化学反応が細胞内の時を計る2015

    • 著者名/発表者名
      向山 厚,阿部 淳,孫 世永,秋山 修志
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 33 ページ: 3119-3122

    • 査読あり
  • [学会発表] X-ray Solution Scattering as Research Tools for Bio-molecular Systems2016

    • 著者名/発表者名
      Akiyama S
    • 学会等名
      Winter School of ASIA CORE Program
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-02-26 – 2016-02-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Circadian periodicity encoded in KaiC ATPase2016

    • 著者名/発表者名
      Mukaiyama A, Abe J, and Akiyama S
    • 学会等名
      Winter School of ASIA CORE Program
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-02-26 – 2016-02-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atomic-scale origins of slowness in the cyanobacterial circadian clock2016

    • 著者名/発表者名
      Akiyama S
    • 学会等名
      8th Japan-Korea Seminars on Biomolecular Science
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-02-16 – 2016-02-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 時計タンパク質 KaiC に書き込まれた生物時計の発振周期2015

    • 著者名/発表者名
      向山 厚, 阿部 淳, 檜山 卓也, 孫 世永, Wolanin Julie , 山下 栄樹, 近藤 孝男, 秋山 修志
    • 学会等名
      第22回日本時間生物学会学術大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-21
  • [学会発表] 藍藻の時計タンパク質に内包された概日周期と遅さの根源2015

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2015
    • 発表場所
      かずさアカデミアホール(千葉県木更津市)
    • 年月日
      2015-11-16 – 2015-11-16
  • [学会発表] KaiC as Circadian Pacemaker of Cyanobacterial Circadian Clock2015

    • 著者名/発表者名
      Akiyama S
    • 学会等名
      European Biological Rhythms Society (EBRS)/World Congress of Chronobiology (WCC) meeting
    • 発表場所
      Manchester, UK
    • 年月日
      2015-08-06 – 2015-08-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 蛍光プローブの挿入による時計タンパク質KaiCの周期的構造変化の計測2015

    • 著者名/発表者名
      向山 厚,秋山 修志
    • 学会等名
      第42回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      高崎シティーギャラリー(群馬県高松市)
    • 年月日
      2015-06-13 – 2015-06-13

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公開日: 2017-01-06  

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