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2011 年度 実績報告書

タンパク質の高速揺らぎ運動と細胞内における安定性の一分子観測

公募研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 23107702
研究機関東北大学

研究代表者

高橋 聡  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30283641)

キーワードタンパク質 / ゆらぎ運動 / 一分子蛍光観察 / 細胞内安定性 / 折り畳み運動
研究概要

本研究は、タンパク質の示す運動を一分子レベルで高速観察すること、さらに、細胞内でのタンパク質の一分子観察を可能にすることを目的として計画した。本年度は、それぞれの実験目的のために必要な装置開発を行った。第一の高速の一分子観察法として、ラインフォーカス型の共焦点顕微鏡を開発し、一分子継続蛍光観察の時間分解能を数十マイクロ秒にまで短縮した。さらに、蛍光観察を二色化し、ドナー蛍光とアクセプター蛍光を同時観察することを可能にした。開発した手法を用いて、マルトース結合タンパク質が基質であるマルトースを認識する過程を観察したところ、リガンドが存在しないアポ型の試料について、マルトース結合タンパク質がさまざまな構造揺らぎを示していることを見いだした。この構造揺らぎは、ホロ型でも観察された。次に、プロテインAの平衡変性過程を一分子観察したところ、変性状態においてさまざまな構造をもつ分子が混在しており、いくつかの副状態に分類できることが示唆された。このように、高速化した一分子観察法を用いることで、従来は観察できなかった変性状態におけるタンパク質の振る舞いが追跡できるようになった。第二の細胞内のタンパク質の観察のために、スキャニング型の共焦点顕微鏡を開発した。アバランチ型フォトダイオードを2チャンネル用意し、ドナー蛍光とアクセプター蛍光の両方を観察しながら、基板においた蛍光試料をイメージングできることを確認した。以上のように、新しい実験装置の開発が順調に進んでいる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

高速化した一分子観察装置を使うことにより、これまで観察が不可能だと思われていた変性状態内の副状態を始めて観察することが可能になった。これは、当初想定していた範囲を超える驚くべき成果であり、今後多くの研究テーマに発展する可能性がある。

今後の研究の推進方策

上に記したように、ラインフォーカス型共焦点顕微鏡は、我々の想定を越える性能を持っている。研究計画等は当初通りとするものの、今後、この装置を使った実験により多くの学生に取り組んでいただき、世界にない成果の蓄積を図る予定である。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (22件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Staring at a Protein : Ensemble and Single Molecule Investigations on Protein Folding Dynamics2012

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, S., Kamagata, K.
    • 雑誌名

      Single-Molecule Biophysics : Experiment and Theory in Adv.Chem.Phys

      巻: 146 ページ: 3-22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新しいタンパク質化学の可能性~新時代を切り拓くマルチタレントDavid Baker~2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、高橋聡
    • 雑誌名

      化学

      巻: 66 ページ: 68-69

  • [雑誌論文] 一分子蛍光観察法を用いたタンパク質フォールディングの解明2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 60 ページ: 801-803

  • [学会発表] Folding dynamics of cytochrome c551 studied by long time observation of fluorescence time series from single molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Kawaguchi, Kiyoto Kamagata, Hiroyuki Oikawa, Yoshihiro Sambongi, Satsohi Takahashi
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120325-20120328
  • [学会発表] Exploring The Energy Landscape of Denatured Protein Using Time-series Detection of Fluorescence of Free Single Molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Innovative Nanobiodevices ISIN 2012
    • 発表場所
      Nagoya
    • 年月日
      20120321-20120322
  • [学会発表] 新規一分子FRET計測技術によるABCトランスポーターのATP加水分解機構の解析2012

    • 著者名/発表者名
      中野駿介, 七谷圭, 古田忠臣, 櫻井実, 魚住信之, 高橋聡, 鎌形清人
    • 学会等名
      新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20120307-20120309
  • [学会発表] 走査プローブ顕微鏡による癌抑制因子p53の一分子解析2012

    • 著者名/発表者名
      高橋聖弥, 道祖尾恭之, 鹿島理沙, 時野隆至, 米田忠弘, 高橋聡, 鎌形清人
    • 学会等名
      新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識と機能発現」第2回公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20120124-20120125
  • [学会発表] Single-molecule diffusion mesurement of a GroEL-binding peptide2012

    • 著者名/発表者名
      Suguru Watanabe, Shion Ando, Kiyoto Kamagata, Hideki Taguchi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] Single-molecule dynamics of MsbA, a member of ABC transporter2012

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyoto kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] Microsecond-Resolved Time Traces of Protein Conformational Changes by Single-Molecule Fluorescence Detection2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      20120107-20120108
  • [学会発表] 大腸菌トランスポーターMsbAの一分子計測2011

    • 著者名/発表者名
      中野駿介、七谷圭、鎌形清人、魚住信之、高橋聡
    • 学会等名
      第37回日本生体エネルギー研究会シンポジウム生体エネルギー論の再発見
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20111220-20111222
  • [学会発表] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の折り畳みのエネルギー地形の解明2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、馬場昭典、小松崎民樹、高橋聡
    • 学会等名
      CREST「生命現象の解明と応用に資する新しい計測・分析基盤技術」研究領域シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20111212-20111213
  • [学会発表] タンパク質フォールディングと一分子時系列解析2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、高橋聡
    • 学会等名
      蛋白研セミナー「タンパク質科学の未来を語る~実験・理論研究者の対話~」
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20111120-20111121
  • [学会発表] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution2011

    • 著者名/発表者名
      Sion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Microsecond-resolved time traces of protein conformational change by single-molecule fluorescence detection2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Additives inhibiting the bleaching of fluorophores for the oong-time fluorescence observation of single proteins2011

    • 著者名/発表者名
      Hironao Itabashi, Eriko Mano, Hiroyuki Oikawa, Yasuyuki Araki, Kiyoto Kamagata, Takehiko Wada, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Energy landscape of denatured protein revealed by a new singe-molecule fluorescence method2011

    • 著者名/発表者名
      Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Submillisecond dynamics of protein folding and ligand binding detected by the line conforcal microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hosaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      第49回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      20110916-20110918
  • [学会発表] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution2011

    • 著者名/発表者名
      Shion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110818-20110819
  • [学会発表] Single-Molecule Dynamics of MsbA, a member of ABC transporter2011

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyorto Kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20110818-20110819
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第38回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      筑波
    • 年月日
      20110623-20110624
  • [学会発表] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の自由エネルギー地形の解析2011

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、川口敏史、馬場昭典、三本木至宏、小松崎民樹、高橋聡
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20110607-20110609
  • [学会発表] Single molecule and ensemble investigations of protein folding dynamics in the time domain from 30μs to seconds2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi
    • 学会等名
      The 16th Biophysics Conference
    • 発表場所
      台湾(招待講演)
    • 年月日
      20110518-20110521
  • [学会発表] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡2011

    • 著者名/発表者名
      小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
    • 学会等名
      第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-12-08
  • [図書] Protein Folding and Misfolding Shining Light by Infrared Spectroscopy, Watching Dynamical Events in Protein Folding in the Time Domain from Submilliseconds to Second : Continuous-Flow Rapid-Mixing Infrared Spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takahashi, Tetsunari Kimura
    • 総ページ数
      91-113
    • 出版者
      Springer

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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