一分子顕微解析による
分子機械の動作原理解明

すべての生物機能は、それ固有のタンパク質機能分子が組織化された階層構造によって担われている。本研究テーマでは、階層構造の最下層に位置付けられる、10から100ナノメートル（nm）の大きさのタンパク質一分子、すなわち「分子機械」を研究対象とする。光学顕微鏡システムによるナノレベルの顕微解析・操作技術を駆使し、「見る（imaging）」のみならず「操る（manipulation）」ことにより、分子機械の動作原理を解明する。

一方、こうした結果はリニアモーターの運動原理を示すにとどまらない。細胞分裂の際、両極から微小管を脱重合することにより染色体が両極へと移動する機能を支えるMCAK（微小管脱重合キネシン）を光ピンセットにより捕捉したところ、MCAK分子は1 pN程度の力を発生するが、微小管の脱重合は抑制された[9]。負荷の向きにより酵素機能が変調をうけるという性質は、力学酵素が担う生命現象の本質を突くものと推察される。

このように、力学酵素である分子モーターが力を発生し、その結果生じた分子歪みによって分子モーター自体の酵素機能が変調を受けるといった化学・力学フィードバックループ、そして細胞骨格の分子歪みによる細胞機能の制御といった、構造と機能の自己組織的分子メカニズムを、一分子顕微解析法によって解明することを目指している。

参考文献

[1] Nishizaka, T. et al., Nature 377, 251-254 (1995) [article]

[2] Nishizaka, T. et al., Biophys. J. 79, 962-974 (2000) [article]

[3] Kawaguchi, K. & Ishiwata, S., Science 291, 667-669 (2001) [article]

[4] Kawaguchi, K. et al., Biophys. J. 84, 1103-1113 (2003) [article]

[5] Uemura, S. & Ishiwata, S., Nat. Struct Biol. 4, 308-311 (2003) [article]

[6] Uemura, S. et al., Nat. Struct. Mol. Biol. 11, 877-883 (2004) [article]

[7] Oguchi, Y. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 7714-7719 (2008) [article]

[8] Oguchi, Y. et al., Nat. Chem. Biol. 6, 300-305 (2010) [article]

[9] Oguchi, Y. et al., Nat. Cell Biol. 13, 846-852 (2011) [article]

[10] Shimozawa, T. & Ishiwata, S., Biophys. J. 96, 1036-1044 (2009) [article]