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2013 年度 実施状況報告書

タンパク質超分子機械のダイナミック構造変化イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 25390037
研究種目

基盤研究(C)

研究機関京都大学

研究代表者

西山 雅祥  京都大学, 白眉センター, 准教授 (10346075)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードナノバイオ / 分子モーター / 分子機械 / 高圧力 / 水和
研究概要

本研究課題では、水と相互作用することで生み出されるタンパク質の高次構造形成のメカニズムを明らかにすることを目的として、ダイナミックに変化する大腸菌べん毛の超らせん構造変化を可視化する研究に取り組んだ。研究代表者がこれまで行ってきた実験から、高圧力下では大腸菌はべん毛モーターを停止させることなく遊泳運動を停止することが示されている。平成25年度は、大腸菌べん毛モーターの発生トルクを遊泳運動へと変換するべん毛の超らせん構造を直接観察する研究を行った。べん毛モーターからトルク発生部位(固定子)を欠失させた変異株を培養し、菌体およびべん毛繊維を蛍光色素(Alexa532)で化学修飾した。研究代表者がこれまで開発してきた高圧力顕微鏡を用いて、様々な圧力下でべん毛繊維の共焦点像を観察した。常圧力(0.1 MPa)では、全てのべん毛繊維は、Normalと呼ばれる超らせん構造をとっており、反時計方向に回転するべん毛繊維を束化して推進力を発生させるのに適した形状であった。それに対して、菌体が遊泳運動を停止する80 MPaでは、Normal型のべん毛繊維はほとんど見られず、代わりにCoiled coil, もしくはcurly I (or II)と呼ばれる遊泳運動には適さないらせん構造が多数観察された(現時点の分解能では、curly IとIIは見分けることが困難である)。したがって、べん毛繊維の構造変化が、高圧力下で大腸菌が遊泳運動を停止する主な原因として考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでの研究では、べん毛繊維の多型変化は、溶液のpHやイオン強度を変えることで観察されてきたが、複数ある遷移状態間の自由エネルギー差などの議論はできなかった。高圧力研究の持ち味を生かせるように今後も研究に取り組む。

今後の研究の推進方策

高圧力下で観察されたべん毛繊維の多型変化のメカニズムをより詳細に明らかにできるように、装置改良を行う。

次年度の研究費の使用計画

高圧力装置の納品が遅くなったので、納品を次年度に繰り越したため。
繰り越し分については高圧力顕微鏡の装置開発に使用する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] High hydrostatic pressure induces CCW to CW reversals of the Escherichia coli flagellar motor.2013

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama M., Sowa Y., Kimura Y., Homma M., Ishijima A. & Terazima M.
    • 雑誌名

      Journal of Bacteriology

      巻: 195 ページ: 1809-1814

    • DOI

      10.1128/JB.02139-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Glycine insertion makes yellow fluorescent protein sensitive to hydrostatic pressure.2013

    • 著者名/発表者名
      Watanabe TM., Imada K., Yoshizawa K., Nishiyama M., Kato C., Abe F., Morikawa T., Kinoshita M., Fujita H. & Yanagida T.
    • 雑誌名

      Plos ONE

      巻: 8 ページ: e73212

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0073212

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-molecule analysis of the rotation of F₁-ATPase under high hydrostatic pressure.2013

    • 著者名/発表者名
      Okuno D., Nishiyama M., Noji H.
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 105 ページ: 1635-1642

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2013.08.036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高圧力顕微鏡2013

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥, 木村佳文
    • 雑誌名

      LTMセンター誌

      巻: 22 ページ: 18-27

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞内の水で生命活動を操る! -高圧力下で観るタンパク質水和変調イメージング-2013

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥, 曽和義幸
    • 雑誌名

      化学

      巻: 68 ページ: 31-36

  • [雑誌論文] バクテリア・べん毛モーターが高圧力下で逆向きに回り出す!?2013

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 53 ページ: 264-265

    • DOI

      10.2142/biophys.53.264

    • 査読あり
  • [学会発表] 極限環境で駆動する生体ナノマシンの直接観察

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 学会等名
      法政大学ナノテクセミナー
    • 発表場所
      法政大学
    • 招待講演
  • [学会発表] 高圧力を用いたタンパク質分子機械の構造変化イメージング

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥
    • 学会等名
      日本機械学会2013年度大会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 招待講演
  • [学会発表] 高圧力下で見られるべん毛繊維の動的多型性

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥, 曽和義幸
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 発表場所
      京都国際会議場
  • [学会発表] バクテリアべん毛繊維のダイナミック構造変化イメージング

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥, 曽和義幸
    • 学会等名
      2014年 生体運動研究合同班会議
    • 発表場所
      千葉大学
  • [学会発表] 高圧力顕微鏡の開発と生体分子機械の運動変調

    • 著者名/発表者名
      西山雅祥, 曽和義幸
    • 学会等名
      第61回 応用物理学会 春期学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学

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公開日: 2015-05-28  

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