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（一种运动蛋白）使用通过ATP的水解（三磷酸腺苷）获得的化学能，将肌动蛋白细胞内细胞内骨骼的一个方向沿一个方向“两脚”。肌球蛋白V的这种行走运动被认为是由分子内发生的张力（分子内张力）控制的。但是，肌球蛋白V行走的细胞处于一个非常拥挤的环境中，在这种环境中，各种蛋白质和小袋样物体都被密集地包装，并且在运动过程中将各种外力施加到肌球蛋白V上。此外，许多肌动蛋白丝是以复杂的方式相交的，可以通过在细丝之间切换来移动，但是在这种情况下，分子内张力并不总是均匀地发生。今年，通过使用光学镊子方法在光学显微镜下施加外力，可以在细胞内行走时被认为在肌球蛋白V中发生的各种分子内张力。由于不仅在行走运动的方向上施加载荷，而且在各个角度施加载荷，因此发现行走运动可以响应各种分子张力而控制，即使在受到横向力时也可以稳定执行（外侧力（外部力）（在垂直于运动方向的方向上施加的外部力））。此外，已经发现，缩短肌球蛋白V的区域（与脚相对应的部分）只能控制特定方向上的分子内张力。这些强烈表明，控制分子内张力的杠杆臂部分对于控制各种分子内张力而控制双足动走很重要。得出的结论是，肌球蛋白V通过步行运动运输细胞内材料，但是可以稳定地对抗任何外力，从而实现有效的物质运输。此外，在我们体内有许多运动蛋白，具有像肌球蛋白V这样的角色，但是预计这次揭示的特性对于许多运动蛋白的运动控制机制是常见的。这项工作发表在《自然化学生物学》（2010年）中。

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