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2020 年度 実績報告書

新規電位駆動型発動分子を創り、外有毛細胞長伸縮の原理を探る

公募研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 19H05379
研究機関東京大学

研究代表者

島 知弘  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (60631786)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード圧電活性 / プレスチン / SLC26 / 蝸牛増幅
研究実績の概要

哺乳類内耳に存在する外有毛細胞は、膜電位に応じて細胞長を伸縮させ、音信号を増幅している。外有毛細胞による電気から運動へのエネルギー変換効率は、既存の人工圧電素子の約1万倍と非常に高い。この高効率エネルギー変換を担うのはプレスチンという膜タンパク質である。すなわちプレスチンは、これまでに研究の進んでいるATPなどの化学エネルギーを利用する多くの生体発動分子とは異なり、電気エネルギーを直接利用して動く生体分子モーターである。本研究課題は、電気エネルギーを用いた外有毛細胞の伸縮運動メカニズムを明らかにすることを目的として、プレスチンの電位感受から構造変化に至る分子機構の解明に取り組んだ。
これまでプレスチンの属するSLC26陰イオン輸送体ファミリーはタンパク質間の配列相同性が高いにもかかわらず、プレスチンのみが膜電位を感受し、それを運動へと変換していると考えられてきた。応募者らは、実は他のSLC26タンパク質にも電位感受能があることを示し、その詳細な膜電位感受様式を明らかにした。また独自の電気生理的性質を任意に調節する手法を確立した。これらの成果などから、プレスチンが膜電位を感受する機構については徐々に明らかになりつつある。さらに、感受した電気エネルギーをどのようなプレスチンの構造変化に変換しているのか明らかにするために、プレスチン発現培養細胞などに電気刺激を加えながら、光学顕微鏡を用いてプレスチン分子内のドメインの向きを高精度に計測するシステムを構築した。実際に電気刺激に応じたシグナルの変化を検出でき、プレスチンの構造変化動態を可視化する手法の構築に成功したものと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Phillip University of Margburg(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Phillip University of Margburg
  • [国際共同研究] Northwestern University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Northwestern University
  • [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Delft University of Technology
  • [雑誌論文] Small stepping motion of processive dynein revealed by load-free high-speed single-particle tracking2020

    • 著者名/発表者名
      Ando Jun、Shima Tomohiro、Kanazawa Riko、Shimo-Kon Rieko、Nakamura Akihiko、Yamamoto Mayuko、Kon Takahide、Iino Ryota
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 1~11

    • DOI

      10.1038/s41598-020-58070-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] How Cytoplasmic Dynein Couples ATP Hydrolysis Cycle to Diverse Stepping Motions: Kinetic Modeling2020

    • 著者名/発表者名
      Kubo Shintaroh、Shima Tomohiro、Takada Shoji
    • 雑誌名

      Biophysical Journal

      巻: 118 ページ: 1930~1945

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2020.03.012

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In Vitro Reconstitution of Dynein Force Exertion in a Bulk Viscous Medium2020

    • 著者名/発表者名
      Palenzuela Heliciane、Lacroix Benjamin、Salle Jeremy、Minami Katsuhiko、Shima Tomohiro、Jegou Antoine、Romet-Lemonne Guillaume、Minc Nicolas
    • 雑誌名

      Current Biology

      巻: 30 ページ: 4534~4540.e7

    • DOI

      10.1016/j.cub.2020.08.078

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Implementation of single molecule FRET for visualizing intramolecular movement in CRISPR-Cas92020

    • 著者名/発表者名
      Narita Haruka、Ebata Hiroshi、Sakai Karibu、Minami Katsuhiko、Uemura Sotaro、Shima Tomohiro
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: 2020.04.13.039537 ページ: 1~28

    • DOI

      10.1101/2020.04.13.039537

    • オープンアクセス
  • [学会発表] A fast and fully automated HMM fitting algorithm enables accurate analysis of biophysical data with numerous states2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Hanjin、Shima Tomohiro、Uemura Sotaro
    • 学会等名
      65th Biophysical Society Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a new hidden Markov model fitting algorithm without predefinition of parameters for objective biophysical data analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Hanjin、Shima Tomohiro、Uemura Sotaro
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] N-terminal region of Drosophila Argonaute2 can form amyloid fibrils2020

    • 著者名/発表者名
      Narita Haruka, Kuwabara Makoto F., Komori Tomotaka, Murakami Ryo, Shima Tomohiro, Siomi Mikiko C., Uemura Sotaro
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
  • [図書] Make Life Visible2020

    • 著者名/発表者名
      Shima Tomohiro、Uemura Sotaro
    • 総ページ数
      292
    • 出版者
      Springer, Singapore
    • ISBN
      978-981-13-7907-9
  • [備考] 学部生に送る研究最前線:内耳で音を増幅するモーター プレスチン

    • URL

      http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/story/newsletter/page/6123/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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