2024/02/27 更新

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イシワタ シンイチ
石渡 信一
所属
理工学術院
職名
名誉教授
学位
212 理学博士 ( 名古屋大学 )
博士(理学) ( 名古屋大学 )

経歴

  • 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

  • 1979年
    -
    1981年

    Lecturer of Department of Physics,

  • 1978年
    -
    1979年

    ボストン生物医学研究所 研究員

  • 1978年
    -
    1979年

    Boston Biomedical Research Institute

  • 1976年
    -
    1977年

    アメリカ筋ジストロフィー協会 博士研究員

  • 1976年
    -
    1977年

    Postdoctoral Fellow of Muscular Dystrophy

  • 1974年
    -
    1975年

    日本学術振興会 奨励研究員

  •  
     
     

    Engineering,

  •  
     
     

    (Biophysics), School of Science and

  •  
     
     

    of Department of Physics,

  •  
     
     

    早稲田大学

  •  
     
     

    School of Science and Engineering,

  •  
     
     

    Association of America

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学歴

  •  
    -
    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  

委員歴

  • 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

所属学協会

  •  
     
     

    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

  •  
     
     

    日本物理学会

  •  
     
     

    日本生物物理学会

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研究分野

  • 生物物理学
 

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    国際共同研究

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

  • Moscow University and Waseda University Joint Research

    International Joint Research Projects

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

  • 戦略的基礎研究推進事業

    共同研究

    研究期間:

    1996年
    -
    2001年
     

  • CREST

    Cooperative Research

    研究期間:

    1996年
    -
    2001年
     

  • 生物分子の一分子検出・機能解析システムの開発と応用

  • 多元要素からなる自己組織系の物理

  • タンパク質機能の1分子デザインとシステム構築

  • 細胞骨格・筋収縮系における構造と機能の再構築、機能解析、形成機構

  • 筋収縮系の自発的振動収縮(SPOC)現象-分子メカニズムと生理機能

  • Structural and Functional Reconstruction, Functional Analysis and Formation Mechanism of Cytoskeleton and Contractile System of Muscle

  • Spontaneous Oscillatory Contraction(SPOC)of Contractile System of Muscle-Molecular Mechanism and Physiological Functions

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Misc

  • 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

  • Spontaneous oscillatory movement of an actin filament in the A-band motility assay system with and without regulatory poteins

    48th Annual Meeting of the Biophysical Society    2004年

  • Contractile systems of muscles

    Reflexive Polymers and Hydrogels:Understandeing and Designing Fast-Responsive Polymeric Systems / CRC Press LLC   pp.33-47  2004年

  • 分子モーター

    分子機能材料と素子開発 / NTS   pp.574-580  2004年

  • Loading direction regulates the affinity of ADP for kinesin

    S Uemura, S Ishiwata

    NATURE STRUCTURAL BIOLOGY   10 ( 4 ) 308 - 311  2003年04月

     概要を見る

    Kinesin is an ATP-driven molecular motor that moves processively along a microtubule. Processivity has been explained as a mechanism that involves alternating single- and double-headed binding of kinesin to microtubules coupled to the ATPase cycle of the motor. The internal load imposed between the two bound heads has been proposed to be a key factor regulating the ATPase cycle in each head. Here we show that external load imposed along the direction of motility on a single kinesin molecule enhances the binding affinity of ADP for kinesin, whereas an external load imposed against the direction of motility decreases it. This coupling between loading direction and enzymatic activity is in accord with the idea that the internal load plays a key role in the unidirectional and cooperative movement of processive motors.

    DOI

  • はじめに:1分子モーター系を中心に

    日本生理学会   80  2003年

  • キネシン分子モーターの歩行モデル~状態間遷移確率に基づくシミュレーション

    日本物理学会講演概要集   58  2003年

  • Equilibrium and transition between single- and double-headed binding of kinesin as revealed by single-molecule mechanics.

    Biopjys. J.   84;pp.1103-1113  2003年

  • Microscopic studies on dynamic properties of protein motors and cytoskeleton

    The 19th International Symposium in Conjunction with award of the International Prize for Biology    2003年

  • A 1480-nm/1064-nm dual wavelength photo-thermal etching system for non-contact three-dimensional microstructure generation into agar microculture chip

    MicroTAS    2003年

  • Single-molecular imaging and functional analysis of F-actin by labeling with a fluorescent ATP analogue

    The Second International Symposium on Molecular Synchronization for Design of New Materials System    2003年

  • Response to mechanical stimuli in self-oscillatory contraction of the contractile system of muscle

    The Second International Symposium on Molecular Synchronization for Design of New Materials System    2003年

  • Fluorescence microscopic analysis of inter-molecular synchronization observed in the assembly of molecular motors

    The Second International Symposium on Molecular Synchronization for Design of New Materials System    2003年

  • Contracion and spontaneous oscillatory contraction of muscle studied in the A-band motility assay system

    The Second International Symposium on Molecular Synchronization for Design of New Materials System    2003年

  • ニワトリ胚心筋細胞におけるPARsの機能発現

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • HMM存在下でのアクチンフィラメント重合・脱重合ダイナミクスの一分子顕微解析

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 再構成 thin filament-HMM分子間の滑り力に対する温度の影響

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • Subtilisin処理したアクチン線維上におけるミオシンV-分子運動

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • ATP結合とリン酸解離が引き起こすミオシンVのサブステップ解析

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 病変ラットにおける心拍数と心室筋収縮能との相関

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 心筋収縮系の自励振動現象

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 筋収縮系自励振動現象(SPOC)における外部力学刺激応答

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 蛍光性ATPアナログによるF-actinのイメージングとその機能解析

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • Cys374ラベルによるアクチンフィラメントの機能阻害

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • アクチンフィラメント2価陽イオンパラクリスタルの顕微物性解析

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • アクチンフィラメント再構成心筋における筋長効果

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • 蛍光顕微解析による筋収縮系自動振動(SPOC)メカニズムの解明

    第41回日本生物物理学会年会    2003年

  • キネシン分子モーターの仕組み

    川口 憲治, 上村 想太郎, 石渡 信一

    生物物理   42 ( 4 ) 156 - 161  2002年07月

     概要を見る

    Kinesin motors are mechano-enzymes that hydrolyze ATP to generate force and directional movement along a microtubule. Nucleotide-dependent conformational changes of the head and neck region of kinesin have been shown by cryoelectron microscopy and spectroscopic techniques. Single molecule analysis supports key predictions of the hand-over-hand model for motility of dimeric conventional kinesin, whereas the discovery of a processive one-headed kinesin strongly supports the biased Brownian ratchet model. In this short review, we summarize the present status of research on the mechanism of kinesin motility.

    DOI CiNii

  • Myosin V is a left-handed spiral motor on the right-handed actin helix

    MY Ali, S Uemura, K Adachi, H Itoh, K Kinosita, S Ishiwata

    NATURE STRUCTURAL BIOLOGY   9 ( 6 ) 464 - 467  2002年06月

     概要を見る

    Myosin V is a two-headed, actin-based molecular motor implicated in organelle transport. Previously, a single myosin V molecule has been shown to move processively along an actin filament in discrete similar to36 nm steps. However, 36 nm is the helical repeat length of actin, and the geometry of the previous experiments may have forced the heads to bind to, or halt at, sites on one side of actin that are separated by 36 nm. To observe unconstrained motion, we suspended an actin filament in solution and attached a single myosin V molecule carrying a bead duplex. The duplex moved as a left-handed spiral around the filament, disregarding the right-handed actin helix. Our results indicate a stepwise walking mechanism in which myosin V positions and orients the unbound head such that the head will land at the 11th or 13th actin subunit on the opposing strand of the actin double helix.

    DOI

  • Kinesin-microtubule binding depends on both nucleotide state and loading direction

    S Uemura, K Kawaguchi, J Yajima, M Edamatsu, YY Toyoshima, S Ishiwata

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA   99 ( 9 ) 5977 - 5981  2002年04月

     概要を見る

    Kinesin is a motor protein that transports organelles along a microtubule toward its plus end by using the energy of ATP hydrolysis. To clarify the nucleotide-dependent binding mode, we measured the unbinding force for one-headed kinesin heterodimers in addition to conventional two-headed kinesin homodimers under several nucleotide states. We found that both a weak and a strong binding state exist in each head of kinesin corresponding to a small and a large unbinding force, respectively; that is, weak for the ADP state and strong for the nucleotide-free and adenosine 5'-[beta,gamma-imido]triphosphate states. Model analysis showed that (i) the two binding modes in each head could be explained by a difference in the binding energy and (h) the directional instability of binding, i.e., dependence of unbinding force on loading direction, could be explained by a difference in the characteristic distance for the kinesin-microtubule interaction during plus- and minus-end-directed loading. Both these factors must play an important role in the molecular mechanism of kinesin motility.

    DOI

  • 筋収縮を担う分子とシステム

    日本物理学会講演概要集   57  2002年

  • 力学刺戟による骨格筋収縮系自励振動の制御

    日本物理学会講演概要集   57  2002年

  • actin内部への蛍光性タンパク質GFP挿入の効果

    日本物理学会講演概要集   57  2002年

  • 周期的電気刺激に対するニワトリ胚培養心筋細胞の応用性

    日本物理学会講演概要集   57  2002年

  • 生体分子モーターを見て操作する

    日本物理学会講演概要集   57  2002年

  • 脳細胞内の「物流」解明進む:分子モーターが神経先端に輸送

    日本経済新聞   2002年11月  2002年

  • 細胞たんばく質連結・分離観察

    日本経済新聞   2002年9月  2002年

  • 細胞骨格の枝分かれ観察:生理現象解明促す

    日経産業新聞   2002年9月  2002年

  • バイオモーターにおける分子シンクロナイゼーション

    高分子学会シンポジウム    2002年

  • バイオモーターの1分子計測

    電気情報通信学会シンポジウム    2002年

  • Single-molecular Physiology on Protein Motors

    NEDOシンポジウム    2002年

  • 筋収縮のしくみ

    細胞生物学シンポジウム    2002年

  • バイオナノモーターの仕組み―1分子酵素力学―

    連合大学院公開シンポジウム    2002年

  • 病変ラットにおける心拍とβミオシン重鎖発現との相関

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • キネシンモーターにおけるProcessivityの温度依存性

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • PARsを介したニワトリ胚心筋細胞と繊維芽細胞の活性化

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • 心筋SPOCにおけるConnection/Titinの働き

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • 力学刺戟による筋収縮系自励振動(SPOC)メカニズムの研究

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • Myosin-Vは11nm+25nmでステップする

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • トロポミオシン・トロポニン複合体を結合した単一アクチンフィラメント重合・脱重合過程の顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • カルシウム非感受性ゲルゾリン断片による細いフィラメントの状態検出

    生物物理/日本生物物理学会   42  2002年

  • Direct observation of polymerization-depolymerization dynamics of single actin filaments

    Nature Cell Biol.   4;pp.666-673  2002年

    DOI

  • Regulatory roles of light chain 2 in MgADP-induced contraction.

    J. Physiol.   542;pp.221-229  2002年

    DOI

  • Visualization and force measurement of branching by Arp2/3 complex and N-WASP in actin filament.

    Biochem. Biophys. Res. Commun.   293;pp.1550-1555  2002年

    DOI

  • Actomyosin interaction studied by single molecule mechanics and A-band motility assay.

    International Workshop    2001年

  • サポニン処理培養心筋細胞ネットワークにおけるSPOCの顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • キネシン単頭内における2の結合状態

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • キネシン歩行運動特性の温度依存性

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • Gタンパク質共役型受容体・FPR1はリガンド非依存的に多量体を形成する:一分子イメージングによる研究

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • 両端識別した単一アクチンフィラメントにおける重合・脱重合過程の顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • 最小筋収縮系―A帯滑り運動系―から見たクロスブリッジの動作特性と筋収縮機構

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • 心筋SPOCの顕微解析 一心拍との相関と振動波形

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • 骨格筋収縮系SPOCは力学的な外部刺激に同調する

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • 心筋SPOC周期を決定する因子について

    生物物理/日本生物物理学会   41  2001年

  • Elementary steps of the cross-bridge cylce in bovine myocardium with and without regulatory proteins

    Biophys.J.   82;pp.915-928  2001年

  • Length dependence of tension generation in rat skinned cardiac muscle. Role of titin in the Frank-Starling mechanism of the heart.

    Circulation.   104;pp.1639-1645  2001年

  • Acidosis and inorganic phosphate enhances the length dependence of tension in skinned rat cardiac muscle.

    J. Physiol.   536;pp.153-160  2001年

    DOI

  • DNAプローブアレイを用いたDNA断片回収

    電気学会論文集   E121;E,pp.181-186  2001年

    DOI

  • Thermal activation of single kinesin molecules with temperature pulse microscopy.

    Cell Motil. Cytoskel.   49;pp.41-41  2001年

    DOI

  • 筋収縮滑り運動機構とトライボロジー. (Sliding mechanism of muscle contraction and tribology)

    トライボロジスト   45; 2, pp.119-125  2000年

  • 心筋の長さ―張力関係のメカニズム

    日本生理学会   77  2000年

  • Understanding of sarcomere length (SL)-dependent tension generation in skinned cardiac muscle.

    Biophysical Journal/米国生物物理学会 (New Orleans)   78  2000年

  • Temperature change does not affect the force measured between single actin filaments and heavy meromyosin molecules prepared from rabbit skeletal muscles.

    Biophysical Journal/米国生物物理学会 (New Orleans)   78  2000年

  • Nucleotide- and loading rate-dependent switching of single- to double-headed binding of kinesin.

    Biophysical Journal/米国生物物理学会 (New Orleans)   78  2000年

  • Effect of temperature on force generation and velocity of single kinesin molecule.

    Biophysical Journal/米国生物物理学会 (New Orleans)   78  2000年

  • MgADP収縮におけるミオシン調節軽鎖のアロステリック制御

    生体運動合同班会議(大阪)    2000年

  • Mg2+-, Ca2+-アクチンの重合ダイナミクスの単一アクチンフィラメント解析

    生体運動合同班会議(大阪)    2000年

  • Effect of MgADP on length dependence of tension generation in skinned rat cardiac muscle.

    Circulation Research   21  2000年

  • Distinction of single- and double-head binding of kinesin with microtubule by unbinding force measurements

    第7回JST国際シンポジウム    1999年

  • Tropomyosin suppresses tension decline due to reduced pH

    Biophysical Journal/米国生物物理学会   76  1999年

  • Single-head and double-head binding of kinesin with microtubule as revealed by unbinding force measurements

    Biophysical Journal/米国生物物理学会   76  1999年

  • The effect of temperature on sliding force and velocity of actin filaments and HMM

    Biophysical Journal/米国生物物理学会   76  1999年

  • 生体運動を担う分子モーターの仕組み

    物性研短期研究会(東京)    1999年

  • The effect of nucleotides on sliding force of actomyosin at different temperatures.

    J.Muscle Res.Cell Motil.   20  1999年

  • Confocal microscopic analysis of sarcomere length oscillation in SPOC of cardiac muscle bundles.

    筋収縮・細胞運動研究会(東京)    1999年

  • Real-time microscopic analysis of polymerization process of single actin filaments.

    筋収縮・細胞運動研究会(東京)    1999年

  • レーザー熱誘起によるDNAマイクロチップからのDNA回収

    日本分子生物学会(福岡)    1999年

  • 生体分子モーター系にみる自励振動現象:1分子から分子集団への機能構築

    日本生化学会(横浜)   72  1999年

  • 集束レーザー局所加熱によるDNAチップからのDNA選択回収

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • 単一アクチンフィラメントの重合ダイナミクスの顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • アクチンフィラメントのリング形成

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • 共焦点蛍光顕微鏡による心筋線維SPOCの筋節長振動波形解析

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • MgADP収縮におけるトロポニンC、ミオシン調節軽鎖の制御作用

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • A帯中における単一アクチンフィラメントの張力発生

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • キネシンの単頭―双頭結合変換

    生物物理/日本生物物理学会(和光)   39  1999年

  • Temperature change does not affect the force measured between single actin filaments and heavy meromyosin molecules prepared from rabbit skeletal muscles.

    European Muscle Conference (United Kingdom)    1999年

  • Modulation of pH-tension relation by tropomyosin: Investigation using thin filament-reconstituted cardiac muscle fibers.

    Journal of Bioscience/国際生物物理学会(インド)   24  1999年

  • Release of specific DNAs from a DNA chip by using photothermal denaturation.

    Transducers/固体センサ・アクチュエータ-国際会議(仙台)    1999年

  • Single-molecule analysis of single-headed and double-headed binding of kinesin with a microtuble.

    Gordon Research Conference/Thin filament activation (New Hampshire)    1999年

  • Modulation of pH-tension relation by tropomyosin in thin filament-reconstituted cardiac muscle fibers.

    Gordon Research Conference/Thin filament activation (New Hampshire)    1999年

  • Regulation mechanism as revealed using a thin filament-reconstituted contractile system.

    Gordon Research Conference/Thin filament activation (New Hampshire)    1999年

  • Tropomyosin modulates pH dependence of isometric tension.

    Biophys.J.   77, pp.1540-1546  1999年

  • Imaging of thermal activation of actomyosin motors.

    Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.   96, pp.9602-9606  1999年

    DOI

  • Effects of pH on spontaneous tension oscillation in skinned bovine cardiac muscle.

    Pflugers Arch.   438, pp.125-132  1999年

    DOI

  • 細いフィラメントの再構成手法を用いた心筋自励振動機能の研究

    機械学会    1998年

  • Investigation of Spontaneous Oscillatory Contraction (SPOC) Using Actin Filament-Reconstituted Cardiac Muscle Fibers

    米国生物物理学会/Biophys.J.   74  1998年

  • Direct Measurement of Lifetime and Torsional Stiffness of Single Acto-Myosin Rigor Complex

    米国生物物理学会/Biophys.J.   74  1998年

  • A Single-Molecule Rotary Motor Compared to Linear Motors

    米国生物物理学会/Biophys.J.   74  1998年

  • Direct Observation of Polymerization Process of Single Actin Filaments under Fluorescence Microscope

    米国生物物理学会/Biophys.J.   74  1998年

  • 光ピンセット-1分子を見て操作する

    バイオイメージング-シリーズ・ニューバイオフィジックス7-(曽我部、臼倉編)/共立出版    1998年

  • The Use of Fluorescent Probes

    Current Methods in Muscle Physiology-Advantages, Problems, and Limitations/OXFORD UNIVERSITY PRESS    1998年

  • 心筋の収縮と超分子の自己組織化-化学振動から生物リズムへ2-

    科学/岩波書店   68  1998年

  • 細胞生物学の基礎技術 細胞骨格・細胞運動へのアプローチ

    生化学/羊土社   70;10  1998年

  • Microscopic analysis of cooperative properties of SPOC in skeletal myofibrils

    J.Muscle Res.Cell Motil.   19  1998年

  • Spontaneous oscillatory contraction (SPOC) without regulatory proteins: Investigation using thin filament-reconstituted cardiac muscle fibers

    第3回バイオメカニクス世界会議    1998年

  • Mechanics and thermodynamics of single actomyosin motors and their assembly

    第3回バイオメカニクス世界会議    1998年

  • エヴァネッセント光を用いた単一アクチンフィラメントの重合過程の直視

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • アクトミオシン分子モーターに対する温度とヌクレオチドの作用

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • 単一アクトミオシン硬直結合の破断力-異方性と負荷上昇速度依存性-

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • 温度パルス顕微鏡による分子モーター機能の熱変調

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • キネシン・微小管結合力の一分子顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • 細いフィラメント再構成筋収縮系を用いた等尺張力へのpH作用の研究

    生物物理/日本生物物理学会   38  1998年

  • Effects of pH on spontaneous tension oscillation in skinned bovine cardiac muscle

    Gordon 会議    1998年

  • Effects of MgADP on sarcomere length (SL)-dependent changes of pCa-tension relation in skinned rat myocardium

    Circulation/米国生理学会   98  1998年

  • Effect of pH on spontaneous tension oscillation in skinned cardiac muscle

    Japanese Journal of Physiology/日本生理学会   48  1998年

  • 温度パルス顕微鏡によるキネシン分子モーターの熱変調画像化

    第53回日本物理学会年会    1998年

  • 単頭・双頭ミオシンを用いた単一硬直結合の確率的・力学的性質の顕微解析

    第53回日本物理学会年会    1998年

  • Regulatory roles of MgADP and calcium in tension development of skinned cardiac muscle.

    J.Muscle Res.Cell Motil.   19: pp.909-921.  1998年

    DOI

  • Contractile properties of thin (actin) filament-reconstituted muscle fibers.

    Adv.Exp.Med.Biol.   453: pp.319-329.  1998年

  • Spontaneous oscillatory contraction without regulatory proteins in actin filament-reconstituted fibers.

    Biophys.J.   75:pp.1439-1445.  1998年

  • F1-ATPase: A rotary motor made of a single molecule.

    Cell   93: pp.21-24.  1998年

    DOI

  • 科学者人名事典

    丸善(株)    1997年

  • 筋原線維自励振動における筋節間の協同性

    第52回日本物理学会年会、名古屋    1997年

  • Thermal Activation of Actomyosin Motors with Temperature-pulse Microscopy

    41st Annual Meeting of the US Biophysical Society,New Orleans    1997年

  • Two-dimentional Arrangement of a Functional Protein by Cysteine-Gold Interaction:Enzyme Activity and Characterization of a Protein Monolayer on Gold Substrate

    41st Annual Meeting of the US Biophysical Society,New Orleans    1997年

  • Contractile Properties of Thin(Actin)Filament-Reconstituted Muscle Fibers

    Symposium on The Mechanism of Work Production and Work Absorption in Muscle    1997年

  • Molecular Interaction in Single Motor Proteins

    2nd International Workshop on Molecular Interaction at Surfaces    1997年

  • Mechanics and Thermodynamics of Single Actomyosin Motors

    Symposium on The Molecular Interactions of Actin    1997年

  • Contractility and its Regulation of Thin Filament-Reconstituted Cardiac Muscle Fibres: Investigation of the Role of Regulatory Proteins in Spontaneous Tension Oscillation

    J.Muscle Res.Cell Motil.   18  1997年

  • Temperature Dependence of Association and Dissociation Rate Constants of Rhodamine Phalloidin with Actin Filaments

    J.Muscle Res.Cell Motil.   18  1997年

  • Cooperativity Observed in Spontaneous Oscillation of Sarcomere Length in Skeletal Myofibrils

    2nd East Asian Conference of Biophysics    1997年

  • Investigation of SPOC Using Actin Filament-Reconstituted Cardiac Muscle Fibers

    2nd East Asian Conference of Biophysics    1997年

  • Single-Molecule Manipulation and Analysis of Motor Proteins under Optical Microscope

    2nd East Asian Conference of Biophysics    1997年

  • サブチリシン処理アクチンとミオシンとの相互作用

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • ATPアナログ存在下でのアクチンフィラメントの滑り力測定

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • アクトミオシン分子モーター機能の熱変調の高速画像化

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • 制御系を除いた再構成心筋収縮系におけるSPOC

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • 心筋スキンド標本の張力振動に及ぼすpHの影響

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • 筋原線維自励振動のメカニズム.Ⅱ.各筋節の力学特性の均一性

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • アクトミオシン硬直複合体の回転弾性率と結合寿命の顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • 単一ミオシンモーターの硬直結合力の測定

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • アクチン重合過程の単一フィラメント顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • はじめに:一分子へ、そして再び集合体へ

    生物物理/日本生物物理学会   37  1997年

  • ナノピコスペースのイメージング-生物分子モーターのメカニズムを見る-(生物物理から見た生命像3)

    吉岡書店    1997年

  • 生体分子モーターの仕組み-シリーズ・ニューバイオフィジックス4-

    共立出版    1997年

  • 生体系材料の分子シンクロナイゼーション

    ポリファイル   34  1997年

  • Interhead Distances in Myosin Attached to F-actin Estimated by Fluorescence Energy Transfer Spectroscopy

    Biophys.J.   73  1997年

  • Axial Rotation of Sliding Actin Filaments Revealed by Single-Fluorophore Imaging

    Proc.Natl.Acad.Sci.USA   94  1997年

    DOI

  • Two-Dimensional Arrangement of a Functional Protein by Cysteine-Gold Interaction: Enzyme Activity and Characterization of a Protein Monolayer on a Gold Substrate

    Biophys.J.   72  1997年

  • Analysis of Spontaneous Oscillatory Contraction in Skeletal Myofibrils by Isotonic Feedback Control

    Biophys.J./American Biophys. Soc.   70;2  1996年

  • Distance between Myosin Heads in Rigor Complex Measured by Fluorescence Resonance Energy Transfer

    Biophys.J./American Biophys. Soc.   70;2  1996年

  • 分子モーターの力学・機能特性を見る

    生物物理/日本生物物理学会   203  1996年

  • Preparation of Bead-Tailed Actin Filaments: Estimation of the Torque Produced by the Sliding Force in an In Vitro Motility Assay

    Biophys.J./American Biophys. Soc.   70;1  1996年

  • Synchronous Behaviour of Spontaneous Oscillations of Sarcomeres in Skeletal Myofibrils under Isotonic Conditions

    Biophys.J.   70  1996年

  • 生体分子モーターの仕組み-1分子と集合体の顕微鏡解析

    第469回筑波研究フォーラム、筑波    1996年

  • アクトミオシン分子モーターの1分子特性

    第34回日本ME学会秋季大会、熊本    1996年

  • 筋収縮装置の再構築と自己会合

    JRDC領域検索研究会    1996年

  • Microscopic Analysis of the Nature of Forces in a Single Actomyosin Motor and its Assemblage

    Workshop on Neurochem.Moscow    1996年

  • 生きた分子を見る

    コンフォーカル488サマーシンポジウム    1996年

  • Structural and Functional Reconstitution of Thin Filaments invitro and in Myofibrils

    John Gergely Symposium:Half a Century of Muscle Research,Boston    1996年

  • Structure of Acto-Myosin Rigor Complex Analysed by Fluorescence Resonance Energy Transfer

    J.Muscle Res.Cell Motil.   17;2  1996年

  • Regulation of Sliding Movement of Reconstituted Thin Filaments in an in vitro Motility Assay System

    J.Muscle Res.Cell Motil.   17;2  1996年

  • アクチン重合過程の画像化とその応用

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • 筋原線維自励振動のメカニズム.1.筋節間の協同性

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • 細いFilamentを部分的に再構成した心筋収縮系の収縮・制御能

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • マレイミド基飽和表面に配向したミオシンS1単分子

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • In vitro系における無負荷時のアクトミオシン間単一硬直結合の寿命

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • 温度パルス顕微鏡によるアクトミオシン分子モーター機能の熱変調の画像化

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • 高速カメラを用いた筋原線維の顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • アクチンフィラメントとファロイジンの結合・解離速度

    生物物理/日本生物物理学会   36  1996年

  • Lifetime of a Single Actomyosin Rigor Bond Measured Using Optical Tweezers

    International Congress of Biophysics,Amsterdam    1996年

  • 単一モーター分子の結合の寿命

    第51回日本物理学会年会    1996年

  • Microscopic Analysis of the Nature of Forces in a Single Actomyosin Motor and its Assemblage

    Neurochem.(Moscow)   13;4  1996年

  • Spontaneous Tension Oscillation in Skinned Bovine Cardiac Muscle

    Pflügers Arch.-Eur.J.Physiol.   433  1996年

    DOI

  • Structural and Functional Reconstitution of Thin Filaments in the Contractile Apparatus of Cardiac Muscle

    Biophys.J.   71  1996年

  • Ca2+-induced Tension Development in the Stalks of Glycerinated Vorticella convallaria

    Cell Motil.Cytoskel.   34  1996年

    DOI

  • Microscopic Analysis of the Elastic Properties of Connectin/Titin and Nebulin in Myofibrils

    Adv.Biophys.   33  1996年

    DOI

  • Soft-X-ray Damage to Biological Samples

    J.Microscopy   182;2  1996年

    DOI

  • 生物物理を考えよう!

    生物物理/日本生物物理学会   200  1995年

  • Microscopic Analysis of the Elastic Properties of Connectin/Titin and Nebulin in Myofibrils

    Symposium on Muscle Elastic Proteins    1995年

  • 光ピンセットによる分子モーターの顕微操作

    第56回応用物理学会学術講演会予稿集/日本応用物理学会    1995年

  • 生体分子のバイオメカニクス(筋タンパク質分子モーターの力学特性)

    BME/日本ME学会   33;suppl.  1995年

  • Mechanical Properties of Single Muscle Protein Motor Studied by Optical Tweezers

    Jap. J. Physiol./日本生理学会   45;suppl.2  1995年

  • Stepwise Force-Displacement Measurement of Acto-Myosin Motor at Extremely Low ATP Concentrations

    J. Muscle Res. Cell Motil./Chapman & Hall   16  1995年

  • Imaging of Mechanochemical Coupling of Muscle Contractile System by pH-Sensitive Fluorescent Dyes

    J. Muscle Res. Cell Motil./Chapman & Hall   16  1995年

  • 細胞1個・分子1個を見て操作する

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 単離A帯中における単一アクチンフィラメントの滑り力の顕微計測

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 単一心筋筋原線維における力学特性の顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • in vitroにおける再構成thin filamentの滑り運動の制御-クロスブリッジの数の影響

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • pH感受性蛍光色素を用いた筋収縮系におけるメカノケミカルカップリングの画像化

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 単一クロスブリッジの寿命と結合エネルギーの顕微計測

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 等張性条件下における単一筋原線維SPOCの顕微解析

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • Au基板表面に化学吸着したミオシンS1単分子膜の評価

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 制御系存在下でのアクトミオシン硬直結合の構造解析

    生物物理/日本生物物理学会   35;suppl.  1995年

  • 筋収縮系の力学特性

    BME/日本ME学会   9;5  1995年

  • Unbinding Force of a Single Motor Molecule of Muscle Measured Using Optical Tweezers

    Nature/Macmillan Magazines   377;6546  1995年

  • Mechanical Properties of Single Protein Motor of Muscle Studied by Optical Tweezers

    Biophys.J./American Biophys. Soc.   68  1995年

  • Mechanical Measurements of Single Actomyosin Motor Force

    Biophys.J./American Biophys. Soc.   68  1995年

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特定課題制度(学内資金)

  • 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。

  • 細胞構成素材と細胞機能の生物物理学的研究

    1998年   浅井 博, 鈴木 英雄, 船津 高志

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     細胞機能として主に生体運動を取り上げ、その構成素材の機能を1分子レベル、あるいは超分子集合体レベルで顕微解析した。第一に、筋肉細胞を始めあらゆる生体細胞運動を担うアクチン・ミオシン分子モーター系と微小管・キネシン分子モーター系の、2種類の生体分子モーター系を取り上げ、その分子間結合(破断)力を1分子顕微計測した。その結果、ミオシン、キネシンともに、単頭結合(約7pN)と双頭結合(約15pN)を取りうることが分かった。特にキネシンの場合には、ATP非存在下(硬直状態)では単頭結合、AMPPNP存在下(ATP状態)では双頭結合状態にあり、その間に平衡関係が存在することが明らかになった。しかも、それぞれの状態でのキネシン分子の弾性率を、約0.4pN/nmと0.8pN/nmと見積もることが出来た。第二に、アクチンフィラメント再構成心筋収縮系を用いて、pH減少に伴う張力減少の程度が、制御タンパク質トロポミオシンによって制御されることを明らかにした。第三に、Ca2+によって収縮する際のツリガネムシ茎の弾性的な性質を、温度を変えて顕微解析したところ、ツリガネムシ茎はゴム弾性の性質を持ち、エントロピー力(熱揺動)によって収縮することが示唆された。しかもこの収縮の主役は、従来から知られていたカルシウム結合タンパク質(スパスミン;分子量約2万)ではなくて、分子量20万のタンパク質であることが、化学修飾法の結果から示唆された。第四に、シャペロニン分子を取り上げた。シャペロニンGroELはATP存在下でGroESと相互作用しつつタンパク質の折れたたみを助ける。GroELとGroESをそれぞれ異なる蛍光色素で標識し、1分子蛍光イメージング技術を用いて結合解離を解析した。その結果、結合速度定数k+は1 x 107M-1s-1と見積られ、GroESが基質タンパク質をGroELの中央に落として蓋をし、折りたたみに必要な時間を確保するタイマーとして機能していることが示唆された。

  • 筋タンパク質分子間相互作用の一分子くり返し顕微計測

    1996年  

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     1個の筋タンパク質ミオシン分子モーターとその基質フィラメントである一本のアクチンフィラメントとの相互作用(結合の破断力や、結合の寿命)を同じ分子について光学顕微鏡下でくり返し計測した。結合が最も安定であると考えられる硬直結合(ATP非存在下)について計測したところ、平均約10pN(ピコニュートン)の、幅広い分布を示した。一方結合の寿命τ(F)は、無負荷(F=0)で約2000秒(=τ(0))であったが、負荷(F)を加えるとτ(F)=τ(O)exp(-Fd/kT)の形で、負荷に応じて急激に減衰した。ここに、dはタンパク質分子間の相互作用距離、kはボルツマン定数、Tは絶対温度である。ところがミオシン分子モーターの活性部位(頭部とよぶ)を1個しか持たない酵素活性断片(S1とよぶ)について同じ特性を調べたところ、無負荷では約150秒、負荷を加えると、頭部を2個持つミオシン分子と同様の形で寿命が減衰した。共に、dは約3nmと見積もられた。破断力については、S1分子と比べてミオシン分子の方が幅広い分布を示したが、最近になって、ミオシン分子をガラス表面に吸着させる際に共存させる不活性タンパク質の添加方法を変えたところ、ピークが約7pNと約17pNの2つの山に分裂した。S1分子の破断力は、この小さい値に近いと見積もられるので、ミオシン分子で得られた破断力の分布は、単頭結合と双頭結合の重ね合わせである可能性が高い。このような結果を踏まえて、今後は単頭結合と双頭結合とを区別した上で、個々のミオシン分子の結合特性、さらには運動特性を明らかにし、化学・力学共役の素過程の解明に迫りたい。ATP存在下でミオシン分子モーターが働いている際の運動特性については、温度パルス顕微鏡法を開発したことによって、1/30秒以内に数十度の可逆的な温度パルスを局所的に与えることが可能となった。その結果、アクチンフィラメントの滑り運動の熱励起を実現することができた。

  • 生体分子モーターとその集合体における化学・力学特性の顕微画像解析

    1995年  

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    我々はレーザー光ピンセット-超高感度テレビカメラ-画像処理システムからなる光学顕微鏡法を組み上げ,生体運動を担う筋タンパク質(アクチン・ミオシン)分子モーターとその集合体の力学・熱力学特性を顕微解析した。この研究を遂行するための実験系として我々は,(1)ガラス表面に適当な数密度の分子モーターを吸着させ,その上をアクチンフィラメントが滑り運動する,通常のin vitro滑り運動系と,我々独自で開発した,(2)生体中と同じフィラメント格子中にミオシン分子モーターが整然と配列しているA帯と呼ばれる高次構造体中を,1本のアクチンフィラメントが滑り運動する,人工最小筋収縮系,の2つを用いた。 得られた成果を列挙すると,(1)の実験系において,比較的高密度でガラス表面に吸着したミオシン分子モーターの個数を,正確に計測する方法を開発できた。その結果,1個のATP分解に伴って1個分の分子モーターが発生する平均の収縮力を正確に見積もることができた。その大きさは,ATP濃度に大きく依存したが,最大で約1pNであった。次に,ATP非存在下における1個のミオシン分子モーターとアクチンフィラメントの結合の破断力,負荷-伸び関係,結合の寿命の負荷依存性などを計測することができた(Nature誌 95年9月21日号に発表)。ミオシン分子には,アクチン・ATP結合部位を含む"頭部"と呼ばれる部分が2個あるが,アクチンフィラメントとの結合が1頭部結合か,2頭部結合かでその寿命に差があることが判明した。更に,(2)の実験系では,生理的環境に近い環境下で1本のアクチンフィラメントに発生する数10pNの発生力とその時間的な揺らぎを計測することができた。今後はこの実験系を用いて,筋(原)線維レベルでの高次収縮機能と1分子レベルでの素機能との間をつなぐ,分子モーター機能の協同性を明らかにする実験を行いたい。

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