生体分子エンジン素過程の高速顕微画像解析システムの開発

生物分子发动机基本过程高速显微图像分析系统开发

基本信息

批准号：
07558227
负责人：
石渡信一
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至 1997
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07558227/
关键词：
高速顕微画解析システム温度パルス顕微鏡法アクチンミオシン系微小管-キネシン系ミオシン分子モーターキネシン分子モーター滑り運動系生体分子モーター顕微画像解析レーザー光ピンセットアクトミオシン分子モーター硬直結合高速顕微画像解析システム温度パルス顕微鏡

项目摘要

(1)温度パルス顕微鏡法(*)に高速顕微画解析システムを組み合わせ、温度の上昇・下降速度を画像解析したところ、緩和時間は、上昇・下降ともに約6msであることが分かった。一方ガラス表面に直径10μmの円状に金属(アルミ)を蒸着し、その部分に赤外光を照射することによって蒸着金属面を熱源とする温度パルス法では、温度分布の再現性は第一の方法に比べて高いが、緩和時間は数十msと遅かった。そこで第一の方法をアクトミオシンモーターの滑り運動系に応用し、温度上昇と滑り運動との関係を解析したところ、約6ms遅れて滑り運動が始まることが分かった。この時間遅れがモーターのどのような状態に対応するかの解明は、今後解決すべき問題として残された。主要な結果は論文としてまとめ、現在投稿中である。(*):光学顕微鏡の試料面に撒かれた金属粉末の塊(5μm程度の大きさ)に赤外レーザー光(波長約1μm)を照射し、この金属塊を熱源として半径約数十μmにわたって同心円状の温度分布を得る方法。(2)さらに温度パルス顕微鏡法を、アクチンミオシン系だけでなく微小管-キネシン系に応用した。その結果、18℃から約40℃に上昇すると、滑り速度は約0.4μm/sから約4.0μm/sへと上昇した。4.0μm/sという滑り運動は、これまで知られていたキネシン分子モーターの滑り速度の数倍にも達する。キネシン分子モーターの機能は、ミオシン分子モーターに比べて温度に対して弱いことも分かった。また、キネシン分子モーターは一分子でも滑り運動をすると言われているが、我々は一分子のレベルでも、キネシンの滑り運動機能が熱的に励起されることを確認した。従って、滑り運動機能の熱励起の研究は、温度パルス顕微鏡法と、高速カメラの組み合わせによって初めて可能になることが確認された。

(1) 当我们将温度脉冲显微镜 (*) 与高速显微图像分析系统相结合并分析温度上升和下降速度时，我们发现上升和下降的弛豫时间约为 6 ms。另一方面，在温度脉冲法中，在玻璃表面上以直径10μm的圆形蒸镀金属（铝），并通过照射蒸镀金属表面作为热源。在有红外光的区域，温度分布的再现性是首要考虑的，尽管弛豫时间比所提出的方法要高，但弛豫时间很慢，只有几十毫秒。当我们将第一种方法应用于肌动球蛋白马达的滑动运动系统并分析温升与滑动运动之间的关系时，我们发现滑动运动开始时有大约6 ms的延迟。阐明这个时间延迟对应于电机的什么状态仍然是未来需要解决的问题。主要结果已总结在一篇论文中，目前正在提交。 (*)：用红外激光(波长约1μm)照射散布在光学显微镜的样品表面上的金属粉末块(尺寸约5μm)，并使用金属粉末作为热源，在半径约为几十微米的一种获得同心温度分布的方法。 (2)此外，温度脉冲显微镜不仅适用于肌动蛋白-肌球蛋白系统，还适用于微管-驱动蛋白系统。结果，当温度从18℃升高到约40℃时，滑动速度从约0.4μm/s增加到约4.0μm/s。 4.0μm/s的滑动速度是先前已知的驱动蛋白分子马达滑动速度的几倍。还发现驱动蛋白分子马达的功能对温度的敏感度低于肌球蛋白分子马达。此外，据说驱动蛋白分子马达即使在单个分子中也可以进行滑动运动，并且我们确认了驱动蛋白的滑动运动功能即使在单分子水平上也可以被热激发。因此，首次证实了通过温度脉冲显微镜和高速相机的结合来研究滑动运动函数的热激励是可能的。