生物分子モーターの構造・機能の1分子動態解析研究

生物分子马达结构与功能的单分子动力学分析研究

• 批准号: 12030211
• 负责人: 安藤 敏夫
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12030211/
• 关键词: ミオシンV; アクチン; 分子モーター; プロセッシブ; 化学・力学共役; ATPase

1)ミオシンVのプロセッシブ運動:ひよこ脳より抽出精製したミオシンVのカルモジュリンを蛍光標識した牛脳カルモジュリンと部分置換する方法により、個々のミオシンVを蛍光顕微鏡で可視化することに成功した。アクチンフィラメントを機能を損なわずにガラス基板に固定する方法を開発した。これらに基づき、アクチンフィラメント上を個々のミオシンVが長距離アクチンから解離せずに滑り運動すること、すなわち高度にプロセッシブであることの直接的な証明を世界で初めて与えた。Run Length、1分子滑り速度のイオン強度依存性、最大ATPase活性を決定した。1分子滑り速度は最大1um/sec、最大ATPase活性は2.5/secであった。これらの値より、1ATPの分解で平均400nm滑ることを示唆した。レーザートラップ法ですでに観察されているステップサイズが40nm程度であることから、1ATPの加水分解で10ステップ滑ることになる。極めてルースな化学・力学カップリングであることが示唆された。このカップリングの直接的な証明は今後の大きな課題である。2)ミオシンIIの力学特性とATPase反応との定量的関係:筋肉のミオシンIIによって起こされるアクチンフィラメントの滑り運動の速度、力発生の大きさがATPase反応のキネティクスとがどのように関係しているかは、1950年代からの大きなテーマの一つである。それ故、これは多くの研究者によって研究されてきたが、はっきりした答えが見出せないまま半世紀が経った。この重要問題を解決すべく、滑り運動速度、発生張力を様々な条件で測定し、また、対応するATPase活性を測定した。膨大なデータを集積し、また滑り運動の現象論的なモデルを構築し、その結果、極めて美しく単純な定量的な関係を見出すことに成功した。この関係は我々のデータばかりでなく、過去に世界のいくつかの研究室で発表されたデータをも包括的に説明した。筋肉研究の歴史に残る研究成果と自負している。

1）肌球蛋白V的持续运动：我们通过用荧光标记的牛脑钙调蛋白部分替代从鸡脑中提取和纯化的肌球蛋白V的钙调蛋白，成功地使用荧光显微镜观察单个肌球蛋白V。我们开发了一种将肌动蛋白丝固定到玻璃基板上而不损害其功能的方法。基于这些发现，我们提供了世界上第一个直接证据，证明单个肌球蛋白 V 在肌动蛋白丝上长距离滑动而不与肌动蛋白分离，也就是说，它具有高度持续性。确定了行程长度、单分子滑动速度的离子强度依赖性以及最大 ATP 酶活性。最大单分子滑动速度为1微米/秒，最大ATP酶活性为2.5/秒。这些值表明 1 ATP 的分解导致平均滑移 400 nm。由于激光陷阱法观察到的步长约为 40 nm，这意味着 1 ATP 的水解需要 10 个步骤。有人认为这是一种极其松散的化学/机械耦合。直接证明这种耦合是未来的主要挑战。 2）肌球蛋白II的力学性质与ATP酶反应之间的定量关系：肌肉肌球蛋白II引起的肌动蛋白丝滑动运动的速度和产生力的大小与ATP酶反应的动力学有何关系？ 20世纪50年代以来的主要主题。因此，许多研究者对此进行了研究，但半个世纪过去了，还没有明确的答案。为了解决这个重要问题，我们测量了各种条件下的滑动速度和产生的张力，并测量了相应的 ATPase 活性。通过积累大量的数据，构建滑动运动的现象学模型，我们成功地发现了一种极其美丽且简单的数量关系。这种关系不仅全面解释了我们的数据，还全面解释了世界各地多个实验室过去发布的数据。我们感到自豪的是，这项研究成果将永载肌肉研究史册。