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，已经预测，由于两个重链的结构变化以产生力，细胞质动力蛋白是在微管上的两足动物行走。但是，我以前的研究表明，即使一个重链被一个“死”重链取代，该链条不会发生结构变化或产生力，但它仍然会在一个方向上双皮子上行走。到去年，已经建立了一个系统，通过将单独的荧光染料或量子点引入两个重链链胞质动力蛋白，以高时间和空间分辨率跟踪两个重链的运动。今年使用该系统，据透露，不仅两个重链连锁链条交替出现，而且一个重型链可能会连续发展，并且野生型重链从微管物理上剥离了“死”重链。因此，这并不意味着一个重链的贡献对于细胞质动力蛋白的运行不是必需的。使用光学镊子进行的测量还表明，两个重链对构象的改变很重要，以使动力蛋白抵抗负载并产生力。此外，尽管重链本身的结构变化可以产生6 pn或更多的强力，但有人建议至少在细胞粘液霉菌动力蛋白中，与微管的结合无法承受较大的载荷，从而定义了产生细胞质动蛋白的力。这些特性创造了细胞质动力蛋白的独特特性，这意味着即使一只脚死亡，它也可以行走两足动物。在真核细胞的细胞质中，在微管的正末端，有许多类型的驱动蛋白参与材料转运，而仅一种类型的细胞质动力蛋白负责在另一侧转运。因此，人们认为细胞质动力蛋白可以在各种情况下调节其运动。可以通过将迄今为止的单个重链的结构信息和反应动力学联系起来，该研究可以作为研究细胞中细胞质动力蛋白机制的研究基础，这些链的结构信息和反应动力学迄今获得的单个重链与运动和力的机理作为实际二聚体的机制。