2018 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamic changes of tubulin dimer configuration on a scale of sub-second revealed by high-flux X-ray fiber diffraction analysis
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16K07328
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
上村 慎治 中央大学, 理工学部, 教授 (90177585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
箕浦 高子 中央大学, 理工学部, 准教授 (80300721)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 微小管安定化剤 / タキソール / 流動配向法 / X線繊維回折 / チューブリン分子構造 / 時間分解能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小管の構成単位となるタンパク質、チューブリンは、微小管内に取り込まれると、βチューブリン内のGTPが加水分解されGDPチューブリンとなる。この時に起こる分子変形や縦方向の結合力の変化が、プロトフィラメント間の結合力を変え、微小管全体の構造変化を引き起こし、間接的に微小管脱会合の引き金になると考えられている。このような微小管の構造上の安定性、熱ゆらぎや剛性などの特性、さらに、モータータンパク質やMAPsとの生化学的な相互作用は、細胞内の物理化学的な環境に大きく左右されると考えられ、その動態を探る研究を進めている。パクリタクセルは、子宮癌や乳癌の治療薬として使われている化学物質であるが、βチューブリンに結合し、微小管構造を安定化し、低温でも脱会合を起こしにくくさせる性質がある。分裂装置を安定化させることで増殖を続ける癌細胞の活動を抑制する抗ガン剤として治療に使われている。本研究では、高速化・高精度化したＸ線繊維回折法を用い、微小管の直径変化・縦方向チューブリン周期が、秒単位で起こり得るかと追究している。実験では、解析の時間分解能を上げるために、より高輝度のＸ線を使用できるSPring-8 BL40XUを使用した。これまで繊維回折に使用してきたBL45XUと比較して、104倍の強さであるが、これまでの研究で開発した流動配向法を使用すれば、微小管へ与えるダメージは少なく30秒まで連続して観察可能であり、かつ、0.25秒間の照射でも解析可能な回折像が得られることもわかった。回折像を連続的に収集しつつ、途中で任意量の薬剤を加える手法も開発し、種々の溶液条件でタキソール添加前後の構造変化を追跡できた。興味深いことにタキソールとことなる結合部位に作用するラウリラマイド（カイメン由来の微小管安定化剤）は、まったく異なる時間経過で異なる構造変化を引き起こすことが明らかとなった。
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[Journal Article] Kinesin-binding–triggered conformation switching of microtubules contributes to polarized transport2018
Author(s)
Shima D, Marikawa M, Kaneshiro J, Kambara T, Kmaimura S, Yagi T, Iwamoto H, Uemura S, Shigematsu H, Shirouzu T, Watanabe TM, Nitta R, Okada Y & Hirokawa N
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Journal Title
J. Cell Biol.
Volume: 217
Pages: 4164
DOI
Peer Reviewed
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