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本申請研究では、①リニアモータータンパク質の細胞骨格上での前後左右方向への運動の分子機構の解明、②リニアモータータンパク質の回転・切断モータータンパク質への改変、③モータータンパク質や細胞骨格からなる高次構造体の形成機構の解明を目指した。本年度は特に①及び②の点で進展が見られた。我々が独自に開発した3次元位置検出顕微システムにより、微小管依存性モータータンパク質であるkinesin-1のモータードメインによって駆動される微小管の運動特性について詳細に定量した。Kinesin-1のモータードメインが出力するトルクは、モータードメインの数やATP濃度、溶液中の塩濃度、微小管の長さなどには依存せず一定であることが3次元空間での運動の定量により初めて明らかになり、微小管をコークスクリュー運動させる分子システムの基本的要件を明らかにした。さらに、バイオナノエンジニアリングの手法と微細加工技術との組み合わせにより、Zen4及びその結合タンパク質CYK4との複合体の微小管上での運動を、前後・左右・上下方向へナノメートルのスケールで定量することに成功した。モータータンパク質が微小管上を進む際、直進方向だけでなく左右や後方、斜め方向にも移動し、その左右方向への運動性が生じる分子機構の一端を解明した。以上の結果は、タンパク質などの生体素材から構成されるバイオナノマシンが、ATPの化学エネルギーを用いて方向性のある運動を行う分子システムを設計する際の指針となりえる。
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