高圧力顕微鏡の開発と生体システムへの応用

高压显微镜的研制及其在生物系统中的应用

基本信息

批准号：
18048028
负责人：
西山雅祥
金额：
$ 1.86万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18048028/
关键词：
高圧力光学顕微鏡微生物べん毛モーター大腸菌遊泳運動

项目摘要

細胞内に含まれる成分のうち、70%は水であり、生命活動を担う多くの化学反応は水溶液中で進行している。本研究課題では、タンパク質、DNAをはじめとする生体分子が、周囲をとりまく水分子と相互作用することで、どのようにして生物らしい構造形成や機能発現を生み出しているのかそのメカニズムを明らかにすることを目的としている。研究代表者らは、タンパク質の水和状態に着目し、高圧力により水和状態を変化させることで、構造・機能の変調イメージングを行える高圧力顕微鏡の開発に取り組んできた。H19年度は、バクテリアの運動器官であるべん毛モーターを研究対象に、高圧力による回転運動変調と応答計測を行った。べん毛モーターは、主要部分だけでも200以上のタンパク質から構成される巨大なタンパク質複合体であり、細胞外から流入するプロトンイオンの流れを利用して、トルク発生を行っている。研究代表者らは、べん毛の回転方向を調節するCheYを欠失させた菌体を用いて、高圧力顕微鏡の観測窓にべん毛を吸着させ「テザードセル」の実験系を構築し、回転運動が圧力によりどのように変調されるのか観測した。その結果、1000気圧程度の圧力により、べん毛モーターの回転方向・速度が変調されることが明らかになった。このような高圧力下でみられる運動様式は、べん毛モーターのトルク発生部位の周辺の構造や相互作用様式が変化することで引き起こされていると考えられる。

细胞内的成分中，70%是水，许多与生命活动有关的化学反应都是在水溶液中进行的。在这个研究项目中，我们将阐明蛋白质和 DNA 等生物分子如何与周围的水分子相互作用以创建生物体的典型结构和功能的机制。主要研究人员专注于蛋白质的水合状态，并一直致力于开发高压显微镜，该显微镜可以通过使用高压改变水合状态来执行调制结构和功能成像。 2019年度，我们重点关注细菌的运动器官鞭毛运动，利用高压进行旋转运动的调制并测量其响应。鞭毛马达是由200多种蛋白质组成的巨大蛋白质复合体，利用从细胞外流入的质子离子流产生扭矩。研究代表利用缺乏CheY的细菌细胞将鞭毛吸附到高压显微镜的观察窗上，构建了一个“系留细胞”实验系统，观察了压力如何调节鞭毛的旋转方向。结果表明，鞭毛马达的旋转方向和速度可以通过约1000个大气压的压力来调节。在如此高压下观察到的运动模式被认为是由鞭毛马达扭矩产生部位周围的结构和相互作用模式的变化引起的。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Pressure-induced reversal in the rotational direction of the bacterial flagellar motor

压力引起的细菌鞭毛马达旋转方向逆转

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nishiyama M.;Sowa Y.;Kumazaki S.;Kimura Y.;Homma M.;Ishijima A. & Terazima M.
通讯作者：
Ishijima A. & Terazima M.

Microscopic Analysis of kinesin-microtubule complex under high hydrostatic pressures.

高静水压下驱动蛋白-微管复合物的显微分析。

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Biophysical Journal
影响因子：
3.4
作者：
Nishiyama M.;Kimura Y.;Terazima M.
通讯作者：
Terazima M.

Development of a high-pressure microscope and its application to biological systems.

高压显微镜的开发及其在生物系统中的应用。

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proceedings of International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science.
影响因子：
0
作者：
Nishiyama M.;Kimura.Y.;Nishiyama Y.;Terazima M.
通讯作者：
Terazima M.

Realtime measurement of mechanical motion of single protein molecules

实时测量单个蛋白质分子的机械运动

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Proceedings of the 2007 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science. 1
影响因子：
0
作者：
Okamoto K.;Nishiyama M. & Terazima M.
通讯作者：
Nishiyama M. & Terazima M.

イオンの流れで駆動する生物分子モーター

离子流驱动的生物分子马达