ミオシン側の新規筋収縮制御機構に着目した、反動動作におけるクロスブリッジ動態解明

阐明反冲运动过程中的跨桥动力学，重点关注肌球蛋白侧的新型肌肉收缩控制机制

• 批准号: 20KK0358
• 负责人: 福谷 充輝
• 金额: $ 8.99万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0358/
• 关键词: ミオシン; アクチン; ミオシン制御軽鎖; 蛍光標識; super relaxed state

本年度は、キングス・カレッジ・ロンドンに滞在し、本プログラムの核となる実験を行った。本プログラムの最終目的は、ダイナミックな動作時、特に伸張性収縮時におけるミオシンヘッドの角度を計測することである。この目的を達成するために、ミオシンのヘッド部分 (ミオシン制御軽鎖の特定の場所) にbifunctional sulforhodamine probeと呼ばれる蛍光物質を付着させたミオシン制御軽鎖を作成した。これを、ウサギの大腰筋から採取した単一の筋細胞のミオシン制御軽鎖と入れ替えることで、蛍光物質を含んだ単一の筋細胞内を作成した。この単一の筋細胞を力学計測装置にセットした。この筋細胞に偏光したレーザーを照射し、蛍光物質を励起させた。ミオシン制御軽鎖の特定の場所に貼付したbifunctional sulforhodamine probe (正負の同じ大きさの単極子をわずかに離れた位置に貼付したもの) と偏光したレーザーが平行であれば最大の励起が得られ、垂直であれば励起しないという特性を利用することで、得られた蛍光強度の強さから、ミオシン制御軽鎖、すなわちミオシンヘッドの角度が計測出するというものである。計測は、単一の筋細胞を均一に収縮させるため、まずは低温状態でカルシウムイオンを添加しアクチンフィラメント側の収縮抑制機構 (トロポミオシンによるアクチンとミオシンの相互作用の阻害) を解除させ、その状態で温度を急激に生理的環境に近い温度 (27度) に上昇させることで筋収縮を誘発した。この計測を実施したことが2022年度の実績である。

今年，他留在伦敦国王学院，进行了该项目的核心实验。该程序的最终目标是测量动态运动期间，特别是伸展收缩期间肌球蛋白头的角度。为了实现这一目标，他们通过将一种称为双功能磺罗丹明探针的荧光物质附着到肌球蛋白头（肌球蛋白调节轻链上的特定位置）来创建肌球蛋白调节轻链。通过用取自兔子腰肌的单个肌细胞的肌球蛋白调节轻链替换它，他们创造了含有荧光物质的单个肌细胞。该单个肌肉细胞被设置在机械测量装置中。用偏振激光照射肌肉细胞以激发荧光物质。如果连接到肌球蛋白调节轻链上特定位置的双功能磺罗丹明探针（大小相同的单极子，正负，稍微分开）与偏振激光平行，则可以获得最大激发。如果垂直则不会激发，可以根据获得的荧光强度来测量肌球蛋白调节轻链或肌球蛋白头的角度。为了使单个肌肉细胞均匀收缩，我们首先在低温下添加钙离子，以释放肌动蛋白丝侧的收缩抑制机制（原肌球蛋白对肌动蛋白和肌球蛋白之间相互作用的抑制），然后通过快速诱导肌肉收缩。将温度升高到接近生理环境的温度（27摄氏度）。该衡量标准的实施是 2022 财年的结果。