表題番号：1995A-255 日付：2002/02/25
研究課題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
研究者所属（当時） 資格 氏名
（代表者） 理工学部 教授 石渡　信一
研究成果概要
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。