2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of single-molecule methods measuring energy conversion processes of biological and synthetic molecular engines
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05424
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
飯野 亮太 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 教授 (70403003)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笠井 倫志 岐阜大学, 糖鎖生命コア研究所, 特任准教授 (20447949)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | １分子計測 / 分子モーター / １分子イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) リニア型生体発動分子キネシンは２量体であり、２本の足が協調してレールである微小管上を歩く。これまでに、人工分子PEGを用いて繋いだ生体／人工ハイブリッドキネシン２量体が高い協調性をもって正確に直進運動することを見出していた。今年度は、PEGの長さやキネシンのネックリンカー部の長さを様々に変えたハイブリッドキネシン２量体を作製し、その運動素過程を明らかにした。その結果、運動能を示したすべてのハイブリッドキネシンは、野生型と同様にハンドオーバーハンドで正確に直進運動を示すことが明らかとなった。これは、キネシンの分子設計が非常に頑強であることを示す結果である。
(2) 回転型生体発動分子V-ATPaseは、回転運動によりATPの化学エネルギーをイオンの電気化学ポテンシャルに変換する。これまでに、回転速度が低い変異体に加えて回転速度が高い野生型V-ATPaseの回転運動の素過程（ATP結合待ちおよびNaイオン結合待ちの一過的な停止と運動ステップ）を可視化した。今年度は、本成果を原著論文としてまとめ出版するとともに（Otomo A, PNAS 2022）、V-ATPaseの輸送イオンの選択性をNaイオンから水素イオンにさらに高めた非天然型V-ATPaseの作製に成功した。また、2倍のイオンを輸送する非天然型V-ATPaseの作製に関し、非常にポジティブなデータを得ることができた。
(3) A01-1班が合成した膜型人工高分子の人工膜中での動態の解明を進めた。C01-2班が作製した変異GPCRの活性化を１分子レベルで定量するプローブの開発と、それを用いた活性測定法の構築を行い、論文を出版した（Yamamoto T, Protein Science 2022）。公募研究・内橋班と共に、細胞間接着を担うGPCR、CELSRカドヘリンについて、接着に関わる最小の分子複合体を1分子レベルで観察し、接着構造の解明を進めた。さらに、CELSRカドヘリンが細胞間隙でトランス型の分子複合体を形成する様子を捉えることに成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] A methodology for creating mutants of G-protein coupled receptors stabilized in active state by combining statistical thermodynamics and evolutionary molecular engineering2022
Author(s)
Yamamoto T, Yasuda S, Kasai RS, Nakano R, Hikiri S, Sugaya K, Hayashi T, Ogasawara S, Shiroishi M, Fujiwara TK, Kinoshita M, Murata T
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Journal Title
Protein Science
Volume: 31
Pages: e4425
DOI
Peer Reviewed
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