なぜダイニンは片足が死んでいても、正常な二足歩行ができるのか?

为什么动力蛋白一条腿死了还能用两条腿正常行走？

基本信息

批准号：
09J10824
负责人：
島知弘
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで、細胞質ダイニンは二つの重鎖が交互に構造変化して力発生を行うことで、微小管上を二足歩行していると予想されてきた。ところが、これまでの私の研究により、一方の重鎖を構造変化及び力発生をしない「死んだ」重鎖に代えても、微小管上を一方向へと二足歩行することが明らかになった。昨年度までに、細胞質ダイニンの2つの重鎖に別々の蛍光色素または量子ドットを導入することで、2つの重鎖の動きを高時間・空間分解能で追跡するシステムが整った。本年度このシステムを利用することで、2つの重鎖が交互にステップするだけでなく、一方の重鎖が連続してステップする場合があること、野生型の重鎖が「死んだ」重鎖を物理的に微小管から引き剥がしていることが明らかとなった。それでは、細胞質ダイニンの動作に一方の重鎖の寄与は必要ないかというとそうではない。光ピンセットを用いた計測から、ダイニンが負荷に抵抗して力を発生させるためには、両方の重鎖が構造変化することが重要だということもわかった。また、重鎖の構造変化自体は6pN以上という強い力を出しうるが、少なくとも細胞性粘菌のダイニンでは、微小管との結合が大きな負荷に耐えられず、これが細胞質ダイニンの発生させる力を規定していることも示唆された。これらの特性が、「片足が死んでも二足歩行可能」という細胞質ダイニンのユニークな性質を生み出している。真核細胞の細胞質では、微小管のプラス端方向への物質輸送に関わるキネシンは多くの種類が存在するのに対し、反対側への輸送を司る細胞質ダイニンは一種類だけである。そのため、細胞質ダイニンはさまざまな状況に応じて、その運動を調節できるものと考えられる。本研究は、これまでに得られた一つの重鎖の構造情報や反応キネティクスと、実際の二量体としての運動や力発生の仕組みとを結び、細胞質ダイニンの細胞内での調節機構研究の基盤となるものと評価できる。

到目前为止，人们已经预测细胞质动力蛋白通过交替其两条重链的结构来产生力，从而在微管上双向移动。然而，我迄今为止的研究表明，即使其中一条重链被一条不改变结构或产生力的“死”重链取代，微管上的双足行走也可以发生在一个方向上。到去年，通过将单独的荧光染料或量子点引入细胞质动力蛋白的两条重链中，一个系统可以以高时间和空间分辨率跟踪两条重链的运动。今年通过使用该系统，我们发现不仅两条重链交替步进，而且一条重链可能顺序步进，并且野生型重链取代了“死”重链。微管与微管物理分离。这并不一定意味着一条重链的贡献对于细胞质动力蛋白的作用是必要的。使用光镊进行的测量还表明，两条重链的结构变化对于动力蛋白抵抗负载和产生力非常重要。此外，虽然重链本身的结构变化可以施加6 pN以上的强大力量，但至少在盘基网柄菌动力蛋白中，与微管的结合无法承受大的负荷，而这决定了细胞质动力蛋白产生的力量。还建议这些特性使细胞质动力蛋白具有独特的能力，即使一条腿死亡，也能用两条腿行走。在真核细胞的细胞质中，有多种类型的驱动蛋白参与将物质向微管的正端运输，但只有一种类型的细胞质动力蛋白负责将物质运输到相反的一侧。因此，细胞质动力蛋白被认为能够根据各种情况调节其运动。这项研究将迄今为止获得的单个重链的结构信息和反应动力学与作为二聚体的运动和力产生的实际机制联系起来，并将研究细胞内细胞质动力蛋白的调节机制作为基础。。