石渡 信一 (イシワタ シンイチ)

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所属

理工学術院

職名

名誉教授

ホームページ

http://www.phys.waseda.ac.jp/bio/ishiwata/index.html

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1974年

    名古屋大学   理学研究科   物理学  

  •  
    -
    1974年

    名古屋大学  

  •  
    -
    1969年

    東京大学   理学部   物理学科  

  •  
    -
    1969年

    東京大学  

学位 【 表示 / 非表示

  • 名古屋大学   博士(理学)

  • 名古屋大学   212 理学博士

経歴 【 表示 / 非表示

  • 1986年
    -
    2003年

    早稲田大学理工学部物理学科 教授

  • 1986年
    -
    2001年

    Professor of Department of Physics

  • 1981年
    -
    1986年

    早稲田大学理工学部物理学科 助教授

  • 1981年
    -
    1986年

    Associate Professor

  • 1979年
    -
    1981年

    早稲田大学理工学部物理学科 専任講師

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    American Association for the Advancement of Science

  •  
     
     

    Biophysical Society (USA)

  •  
     
     

    日本生理学会

  •  
     
     

    アメリカ生物物理学会

  •  
     
     

    日本生化学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 生物物理学

Misc 【 表示 / 非表示

  • Molecular synchronization in actomyousin motor-From single molecules to muscle fibers via nanomuscle

    Muscle Symposium    2004年

  • 12-and 24-nm substeps triggered by ATP binding and Pi release in the myosin-V motor

    48th Annual Meeting of the Biophysical Society    2004年

  • Kinetics of forward and backward steps by single myosin V molecules at low ATP concentration examined by photolysis of caged ATP

    48th Annual Meeting of the Biophysical Society    2004年

  • Length dependence of activation in actin filament-reconstituted skinned bovine myocardium

    48th Annual Meeting of the Biophysical Society    2004年

  • Stability of the spontaneous oscillatory contraction(SPOC) in single myofibrils studied by mechanical response and fluorescence imaging

    48th Annual Meeting of the Biophysical Society    2004年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • タンパク質機能の1分子デザインとシステム構築

    研究期間:

    2002年
    -
    2006年
     

  • The Single Molecular Design and Systemic Assembly of Protein Function

    研究期間:

    2002年
    -
    2006年
     

  • モスクワ大学との共同研究

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

  • Moscow University and Waseda University Joint Research

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

  • 戦略的基礎研究推進事業

    研究期間:

    1996年
    -
    2001年
     

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • ヒト心筋収縮系における自励振動(SPOC)特性の解析と評価

    2009年  

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     担当者は長年にわたって、横紋筋収縮系が、収縮・弛緩の中間活性化条件で、自発的に収縮振動することを発見した。各サルコメアがほぼ一定の周期で、鋸波状に収縮・伸長を繰り返す(SPOC現象と命名)。そこで、各種動物から調製した心筋収縮系のSPOC周期が、その動物(ラット、ウサギ、イヌ、ブタ、ウシ)の静止心拍と直線関係にあることを発見した(2006年)。その結果、SPOCという筋収縮系に固有の自励振動特性が、心拍機構の基盤として機能している可能性が示唆されていた。そこで石渡は、長年の友人であるシドニー大学・医学部教授のCris Dos Remedios氏が調製・保存してきた正常および各種病態(拡張型心筋症(DCM)、肥大型心筋症(HCM))の、15歳から65歳の年齢層にわたるヒト心筋繊維(グリセリン処理筋)を、液体窒素保存のまま航空便で送ってもらい、我々の方法を活用してSPOC特性を研究してきた(早稲田大学ヒト倫理委員会の承認を得ている)。その結果、ヒト心筋はほぼブタ心筋と類似の振動特性を持つことを見出した。老化に伴うSPOC特性の変化については今のところ有意な違いは見られていないが、正常とDCMとではSPOC特性に有意な違いが見えている。それをもとに、Ca結合蛋白質であるトロポニンの特定のアミノ酸変異がある病態(DCM)心筋に対して、ブタの正常トロポニンに置換したところ、SPOC特性が正常型になることが見出された。つまり少なくとも、調べた心筋試料については、正常と病態(DCM)の違いは、トロポニンのアミノ酸変異が原因であることが明らかになったことになる。これらの研究成果は、まだ原著論文としては公表していないが、以下にまとめたように、いくつかの学会で発表してきた。さらに本年8月には、オーストラリアで開かれる”Human Heart Tissue Forum”で、過去5年以上にわたる研究成果をまとめて発表し、いくつかの原著論文、レビュー論文として公表する予定である。また、本研究課題は、シドニー大学のdos Remedios研究室との共同研究であり、シドニー大学でも優秀な博士課程大学院生が研究を継続しており、共著論文として公表する予定になっている。

  • 生体分子モーター系における階層的機能構築のメカニズム

    2007年  

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    昨年度までの研究を推進。とくに、筋収縮系が示す自発的振動収縮(SPOC)現象のメカニズムについて、実験、理論の両面から研究を進めた。実験面では、単一筋原線維を2本の微小ガラス針で釣り、さまざまな溶液条件下での発生張力と張力振動を繰り返し記録することができる実験系を確立し、それを活用して、中間活性化条件における力学特性を系統的に調べた。その結果、異常な筋節長-発生力関係を見出し、Shimamoto, Y. et al. (2007) “Nonlinear Force-Length Relationship in the ADP-Induced Contraction of Skeletal Myofibrils”としてBiophys. J. 93, 4330-4341. に発表した。この論文は高く評価され、同じ号にNew and Notableとして取り上げられている。1分子レベル研究では、過去数年に亘って継続研究しているMyosin VあるいはVIとアクチンフィラメントとの1分子結合破断力を測定し、負荷方向依存性や、ADP濃度依存性に関する新しい知見を得、それをモデルに基づいて解析した結果を、現在国際誌に投稿中である。一方、高次構造レベルでの研究では、カエル(Xenopus)卵から抽出した染色体分裂装置の力学特性を、カンチレバーを用いて計測し、硬さ(バネ定数やヤング率など)に関する新しい知見を得た。この結果についても、現在国際誌に投稿中である。このように、生体分子モーター系の様々な階層における、機能特性と力学特性との相関について、全く新しい知見を得つつある。その成果は、主に日本生物物理学会やアメリカ生物物理学会で発表するとともに、国際的な雑誌を通じて公表する予定である。

  • 階層構築による新しい生理機能の創製

    2006年  

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    我々は長年にわたって「生体運動系の構造と機能に関する階層性」に着目し、1分子(ミオシン、キネシンなどの生体分子モーター)レベルから分子集合体(アクチンフィラメントや微小管などの細胞骨格)、高次構造(横紋筋原線維など)そして細胞(培養心筋細胞、HeLa細胞、培養神経細胞など)レベルに至る「生体運動系」を研究対象として取り上げ、階層に固有の構造と機能の解明を目指してきた。本研究課題では、とくに横紋筋(筋節が直列に繋がった筋線維)の単一筋原線維(または少数の筋原線維の束)にみられる自励振動現象に着目し、その分子メカニズムを解明するための顕微計測実験を行った。その結果、自励振動が生じる前駆状態(1 mMATP存在、Ca2+非存在という弛緩条件下に、4-20 mMという高濃度のADPを添加することによって活性化された状態で、自励振動は起こりにくい。しかし無機リン酸Piを添加すると、安定な振動がみられる)では、働きうるミオシン分子モーターの数(一言でいえば筋節長)と発生張力とが比例しないという著しい性質を発見した。ところが1% Dextranの添加で浸透圧を上げて筋原線維の幅を狭めると(フィラメント間隔を1 nm狭めることに対応)、このような著しい性質が抑制された。この結果を、Ishiwata & Oosawaのモデル(1974年)に基づいて解析した。その中で、ミオシン頭部の出っ張り長さがADP濃度に従って大きくなることと、筋節長とともにフィラメント間隔が狭まること(筋収縮系の体積が一定に保たれること)の2つを仮定したところ、得られた結果を定量的に再現することができた。このことは、ミオシンADP結合頭部の活性化機能が1 nm程度の僅かなフィラメント間隔に敏感に依存することを示したものであり、筋収縮の制御機構に関して新しい知見を与えたものである。この成果は専門誌に投稿予定である。

  • タンパク質繊維状重合体を用いた生体ナノゲージの開発と応用

    2002年  

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    タンパク質線維状重合体として、アクチンフィラメントと微小管を取り上げ、これらの機能(ミオシンやキネシンなどの分子モーターの運動性への寄与)を解析するとともに、“生体ナノゲージ”として細胞生物学研究に利用することを企てている。その第一歩として、蛍光色素をラベルしたアクチン分子をアクチンフィラメントに組み込み、フィラメントの状態を蛍光画像化しモニターすることを試みた。1)蛍光性タンパク質GFPをfusionしたアクチンのプラスミドを、ニワトリの未分化筋芽細胞・マウス筋芽細胞株C2C12に導入し、その未分化細胞を筋管へと分化させることを試みた。まず、アクチン分子のN末端とC末端にそれぞれGFPを導入し培養心筋細胞に発現させたところ、細胞は正常に発達し、GFPアクチンはフィラメントに組み込まれた(共焦点蛍光顕微鏡により観察)。つぎに、アクチン分子を2つの部分に分割し、そこに、前後を入れ替えたGFPを導入した。そうすることによってGFPの構造を不安定化し、アクチン分子に加わる力によって生じる分子歪みに応じてGFPの蛍光性が変化することを期待した。これまで、分割する場所を2箇所検討したが、両方ともに大量発現させると、細胞は正常には発達しないことが分かった。現在、別の部位へのGFPの導入や、変異アクチンの発現量の制御、別タイプのGFP導入アクチンの調製を行っている。2)アクチン分子のCys374を蛍光ラベルし、これをフィラメントに導入することによってフィラメントの状態をモニターすることを試みた。ローダミンを導入するとミオシン分子モーターの運動性(運動速度、ATPase活性)が導入率に応じて減少することを見出した。今後は、フィラメントに負荷を加えることによる蛍光強度や蛍光スペクトルの変化、モーター機能への影響を、1本のフィラメントのレベルで検討したい。3)蛍光性ATPをアクチンのATP結合部位に導入することによって、アクチンフィラメントの蛍光イメージングを実現した。今後は、この方法を発展させたい。

  • 細胞内における調節タンパク質機能解析のためのmRNA発現制御技術の検討

    2000年  

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     時々刻々変化するmRNAの発現を細胞機能と対応づけるために、単一細胞レベルで発現(導入)したmRNAと、細胞状態(蛍光プローブなどで検出)を同時に時系列解析し、mRNAに由来する調節タンパク質の細胞機能を解明するための新たな手法を提案することを企図し、この研究課題に取り組んだ。以下に、試みたことを箇条書きにする。 Caged遺伝子の合成:Caged mRNAを作成するために、Caged DNAの調製を試みた。そこで、Cagedのための一つの方策として、DNA塩基のアミノ基をDMNBB(4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl bromide)で化学修飾し、DNAの複製機能を一旦失活させ、それを紫外線照射によって再活性化する、という方針で不活性化DNAの合成を試みた。一時はPCR法によって不活性化DNAの合成が確認できたと思われたが、再現性に問題があり、結局DNA塩基のアミノが化学修飾に対して活性が高くない、という結論に達した。この間、Caged遺伝子を調製したという報告が数編発表される状況になったので、我々は方針を転換し、目的の研究課題の鍵となる、新しいタイプのDNAチップや細胞操作開発、それに、細胞機能解析のための新手法の開発に力を入れることとした。遺伝子の固定化と選択的回収技術:これまでの研究を推進し、Cr基盤上へのDNA固定化法と、赤外レーザー照射による選択的な回収法を確立した。その結果、その方法の詳細を論文として公表することができた。GFP-アクチンの心筋培養細胞内発現:ニワトリの未分化筋芽細胞・マウス筋芽細胞株C2C12へ、蛍光タンパク質GFPをfusionしたアクチンのプラスミドを導入すること、そしてその未分化細胞を筋管へと分化させることを試みた。その過程でGFP-アクチンがどのように細胞骨格や筋原線維収縮系に組み込まれていくかを、共焦点蛍光顕微鏡を用いて解析している。

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委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2000年
    -
     

    日本生物物理学会  編集委員長

  • 1996年
    -
     

    日本生物物理学会  副会長