蛋白質ダイナミクスから探る筋収縮調節機構

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24510313
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 藤原 悟 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (10354888)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 筋収縮調節機構 / 蛋白質ダイナミクス / 中性子散乱

Research Abstract

本研究は、蛋白質ダイナミクスという新しい視点から筋収縮調節機構を捉え、筋収縮調節における蛋白質ダイナミクスの役割を明らかにすることを通して、筋収縮調節の分子機構の解明に資することを目的としている。そのため、蛋白質ダイナミクスの直接測定が可能な唯一の方法である中性子非弾性散乱法を用いて、骨格筋・心筋において筋収縮調節を担う細いフィラメントのダイナミクス測定を行う。本年度は、細いフィラメント全体のダイナミクス情報を得るために、ウシ心筋より細いフィラメント（NTF）を調製し、低Ca2+濃度下のNTF、高Ca2+濃度下のNTF、そして比較の基準として細いフィラメントの主要成分で調節機構のないF-アクチンについて、中性子非干渉性弾性散乱(EINS)実験を行った。EINSは、数10ピコ秒のオーダーの時間領域のダイナミクスに対応し、蛋白質の柔らかさの指標を与える。測定は、J-PARCにおけるダイナミクス解析装置(DNA)を用いて、280 K～300 Kの範囲で行った。その結果、揺らぎの大きさは、NTFの方がF-アクチンよりも大きいこと、また、低Ca2+濃度下のNTFの方が大きいことが明らかとなった。一方、蛋白質の柔らかさについては、高Ca2+濃度下のNTFの方が低Ca2+濃度下のNTFより柔らかいことが明らかとなった。またF-アクチンは最も”固い”ことが明らかとなった。このようなNTFのCa2+濃度によるダイナミクスの変化は、筋収縮調節機構においてダイナミクスの調節が重要な役割を果たすことを示唆する重要な結果である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

筋収縮を担う筋肉の細いフィラメントの中性子非弾性散乱実験を行い、収縮開始の引き金となるCa2+の有無により、細いフィラメントのダイナミクスが異なることを明らかにしたことは、筋収縮調節機構と蛋白質ダイナミクスの深いかかわりを示唆する重要な結果である。初年度にこのような結果が得られたことは、今後のより詳細な解析の基盤として、重要な進展である。したがって研究は順調に進展していると判断される。

Strategy for Future Research Activity

細いフィラメントのダイナミクスがF-アクチンと異なること、そしてCa2+濃度により変化することが明らかとなったので、そのダイナミクスの由来を明らかにすることを目指す。そのために、細いフィラメントの成分であるトロポニンとトロポミオシンを重水素化し、再構成したうえで中性子非弾性散乱実験を行うことを目指す。このような方針に基づき、まず、トロポニン、およびトロポミオシンの大量発現を行い、細いフィラメントに再構成する方法を確立するとともに、重水素化蛋白質調製を行う。次に重水素化成分を含む再構成細いフィラメントを調製し、中性子非弾性散乱実験を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当初、研究協力者との研究打ち合わせあるいは学会発表のための旅費を計上していたが、使用しなかった。そのために当該研究費が発生したが、次年度は、成果発表を学会等で行う予定であり、そのための旅費として使用予定である。また、次年度は、まず細いフィラメントの成分であるトロポニン、トロポミオシンの調製および細いフィラメントの再構成法を確立を主要な目的とした実験を行う予定である。したがって、次年度以降請求の研究費は、そのための試薬類等の消耗品類のための物品費として使用予定である。