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2017年1月10日 (火)

世界最小の人工バネでタンパク質の動きを捉える-聴覚を支える分子はどのように力に応答するか-

2016年12月12日
理化学研究所
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 細胞は、培養環境、生体内環境の
さまざまな“物理的な力”を感知して、
その力を細胞増殖、分化、形態形成や
細胞死などに利用しています。
 
 そのメカニズムで重要な役割を果たす
のが、「メカノセンサータンパク質」
です。
 
 一方で力がどのようにして
メカノセンサータンパク質の機能を
制御するのかを調べる技術は乏しく、
不明な点が多くあります。
 
 従来の技術では、タンパク質の機能や
動態を1分子レベルで可視化すると同時に
タンパク質に力を加えることは
困難でした。
 
 そのため、メカノセンサータンパク質を
“効率よく、観ながら触る”新たな技術の
開発が求められていました。
 
 理研を中心とした国際共同研究グループ
は、DNAを編む「DNAオリガミ」と呼ばれる
技術を用いて、タンパク質サイズの
世界最小のコイル状人工バネ
「ナノスプリング」を作製しました。
 
 コイル直径は30ナノメートル
(nm、1nmは10億分の1m)、
長さは100~1,000nmです。
 
 DNA分子で構成されているため、
化学修飾が容易であり、さまざま分子と
接続できます。
 
 ナノスプリングと、
メカノセンサータンパク質であり
かつ自律的に力を発生する
モータータンパク質でもあるミオシンVIを
結合させ、ナノスプリングを引き延ばす
過程を蛍光1分子イメージングで
超解像ナノ計測し、ミオシンVIが
力に応答して機能を調節する機構を
可視化しました。
 
 その結果、ミオシンVIは力を受けると、
細胞骨格であるアクチンフィラメントへの
結合様式を変化させて、強固な結合状態
(アンカー結合状態)を作ることが
分かりました(図参照)。
 
 ミオシンVIは内耳の蝸牛内に存在する
ステレオシリアの形態維持を担って
います。
 
 ステレオシリアは、音(空気の振動)に
揺さぶられることで脳内に信号を伝える
役割を果たしています。
 
 ステレオシリアが受けた振動による
物理的な力刺激がミオシンVIに伝わり、
アクチンフィラメントとアンカー結合状態
を生じることで、その形態を安定に
維持していると考えられます。
 
 本研究で開発したナノスプリングは
バネ定数のチューニングが可能で
プログラム能力も高いため、
さまざまなメカノセンサータンパク質へ
応用できです。
 
 電子顕微鏡や原子間力顕微鏡との併用も
可能なため、今後、力を加えながら
分子構造や動態を観る手法として
有効なツールになると期待できます。
 
 
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>メカノセンサータンパク質を
>“効率よく、観ながら触る”
>新たな技術の開発が求められて
>いました。
 なるほど。
 
 
>本研究で開発したナノスプリングは
>バネ定数のチューニングが可能で
>プログラム能力も高いため、
>さまざまなメカノセンサータンパク質へ
>応用できです。
 
>電子顕微鏡や原子間力顕微鏡との併用も
>可能なため、今後、力を加えながら
>分子構造や動態を観る手法として
>有効なツールになると期待できます。
 
 
 「ナノスプリング」どのような分野で
有効なツールとして活躍するので
しょうか?
 大いに期待したいと思います。

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