生体分子モーターにおける1分子酵素力学

生物分子马达中的单分子酶动力学

• 批准号: 08J05585
• 负责人: 小口 祐伴
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J05585/
• 关键词: 生物物理学; モータータンパク質; 1分子計測・操作; ミオシン; アクチン; 分子モーター

モータータンパク質であるミオシンVは、ATP(アデノシン3リン酸)の加水分解で得た化学エネルギーを使って、細胞内骨格であるアクチンフィラメント上を一方向に"二足歩行運動"する。このミオシンVの歩行運動は、分子内に生じる張力(分子内張力)によって制御されると考えられている。しかし、ミオシンVが歩行運動を行う細胞内は、様々なタンパク質や袋状の物体が稠密につまった非常に混雑した環境で、運動中のミオシンVには様々な外力が加わる。また、多数のアクチンフィラメントが複雑に交差しており、フィラメントを乗り換えて運動することもできるが、このような状況下では、分子内張力がいつも一様に生じるとは限らない。本年度は、細胞内で歩行中のミオシンVに生じると考えられる様々な分子内張力を、光学顕微鏡の下で、光ピンセット法を用いて外力を加えることによって再現した。歩行運動方向だけでなく、様々な角度で負荷を加えた結果、様々な分子内張力に対応して歩行運動を制御できること、横力(運動方向に直交する向きに加わる外力)を受けても安定に運動できることが分かった。さらに、ミオシンVのレバーアームと呼ばれる領域(足に相当する部分)を短くすると、特定方向の分子内張力のみ歩行制御が可能であることも明らかになった。これらのことは、様々な分子内張力に対応した二足歩行の制御に、分子内張力を制御するレバーアーム部が重要であることを強く示唆する。ミオシンVは、歩行運動によって細胞内物質を輸送しているが、あらゆる外力に抗して安定に運動できるで、効率の良い物質輸送を実現していると結論される。また、私たちの体内ではミオシンVのような役割をもつモータータンパク質が多数存在するが、今回明らかになった性質は、これら多くのモータータンパク質の運動制御機構に共通するものだと期待される。この成果はNature Chemical Biology(2010)に掲載された。

肌球蛋白 V 是一种运动蛋白，利用 ATP（三磷酸腺苷）水解获得的化学能在肌动蛋白丝（细胞内骨架）上沿一个方向“双足行走”。肌球蛋白V的行走运动被认为是由分子内产生的张力（分子内张力）控制的。然而，肌球蛋白V运动的细胞内部是一个极其拥挤的环境，充满了各种蛋白质和袋状物体，肌球蛋白V在运动过程中受到各种外力的作用。此外，许多肌动蛋白丝以复杂的方式交叉，并且可以通过切换丝来移动，但在这种情况下，分子内张力并不总是均匀地发生。今年，我们通过在光学显微镜下使用光镊方法施加外力，再现了肌球蛋白V在细胞内行走时被认为发生的各种分子内张力。由于不仅在步行运动方向上而且在各种角度上施加负载，因此可以响应各种分子内张力来控制步行运动，并且即使受到横向力（垂直方向上施加的外力）也能保持稳定。我发现我可以锻炼。此外，还发现，通过缩短所谓的肌球蛋白V的杠杆臂（相当于腿的部分），可以仅通过特定方向的分子内张力来控制运动。这些发现强烈表明，控制分子内张力的杠杆臂对于控制双足运动以响应各种分子内张力非常重要。结论是肌球蛋白V通过运动来运输细胞内物质，并且能够抵抗所有外力稳定地运动，实现高效的物质运输。此外，我们体内有许多运动蛋白发挥着与肌球蛋白V类似的作用，这次揭示的特性预计与许多这些运动蛋白的运动控制机制是相同的。该结果发表在《自然化学生物学》（2010）上。

项目成果

張力のかかったアクチンフィラメント上でのミオシンV一分子運動

单个肌球蛋白 V 分子在张紧的肌动蛋白丝上运动

• 发表时间: 2009
• 作者: 石川雅也;高橋秀朋;高橋秀朋;高橋秀朋;Yusuke Oguchi;Seiichi Uchimura;Sergey V.Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V. Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V.Mikhailenko;Seiichi Uchimura;Yusuke Oguchi;Sergey V.Mikhailenko;Hiroaki Kubota
• 通讯作者: Hiroaki Kubota

Stepping motion of myosin V under off-axis loads

离轴负载下肌球蛋白 V 的步进运动

• 发表时间: 2010
• 作者: 石川雅也;高橋秀朋;高橋秀朋;高橋秀朋;Yusuke Oguchi;Seiichi Uchimura;Sergey V.Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V. Mikhailenko;Yusuke Oguchi
• 通讯作者: Yusuke Oguchi

ミオシンVの運動性におけるトロポミオシンの役割

原肌球蛋白在肌球蛋白 V 运动中的作用

• 发表时间: 2009
• 作者: 石塚隼司;他
• 通讯作者: 他

ADP affinity of myosin VI is regulated by off-axis load

肌球蛋白 VI 的 ADP 亲和力受离轴负载调节

• 发表时间: 2009
• 作者: 石川雅也;高橋秀朋;高橋秀朋;高橋秀朋;Yusuke Oguchi;Seiichi Uchimura;Sergey V.Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V. Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V.Mikhailenko;Seiichi Uchimura;Yusuke Oguchi;Sergey V.Mikhailenko;Hiroaki Kubota;Junji Ishizuka;Seiichi Uchimura;Sergey V. Mikhailenko
• 通讯作者: Sergey V. Mikhailenko

ミオシンV頭部間協調性におけるレバーアームの役割

杠杆臂在肌球蛋白 V 头间协调中的作用

• 发表时间: 2009
• 作者: 石川雅也;高橋秀朋;高橋秀朋;高橋秀朋;Yusuke Oguchi;Seiichi Uchimura;Sergey V.Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V. Mikhailenko;Yusuke Oguchi;Sergey V.Mikhailenko;Seiichi Uchimura;Yusuke Oguchi
• 通讯作者: Yusuke Oguchi