情報・通信

NICTなど、キネシン分子を自在に配置する手法を開発

202025日】

 国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)未来ICT研究所、京都大学大学院工学研究科は、モータータンパク質であるキネシン分子を自在に配置する手法を開発したと発表した。分子を自在に並べる技術により生体分子モーターの協働性を計測。モータータンパク質は種類により協働性が異なることを発見した。

モータータンパク質は微小管の上をチームとして協働して移動することで、細胞内の物質輸送や細胞分裂を行うなど、生体内で重要な役割を果たしている。これまでは、チームを構成するモータータンパク質の数と間隔を制御できる実験手法がないために、これらの要素がモータータンパク質の協働性にどのように影響するのかは分かっていなかった。
 そこで両者の研究グループは、ナノ加工技術で作製した金製の柱(ナノピラー)にモータータンパク質(キネシン)を1分子ずつ選択的に固定することで、キネシン分子を任意の間隔で並べることができる手法(1分子パターニング法)を開発した。この手法により、1つの荷物(微小管)を運ぶキネシン分子の数と間隔を正確に決めることができるようになり、それらがモーター同士の協働性を決める重要な要素であることを明らかにした。さらに、モータータンパク質の種類によって協働性が異なり、ある種類のキネシンは数と間隔によって集団での輸送速度を調節する能力をもつことが分かった。
 今回開発した1分子パターニング法は、様々な種類のモータータンパク質の協働性の研究に使用することができる。モータータンパク質の協働性の理解が進むことで、細胞内の物質輸送や細胞分裂などの様々な生命現象の仕組みについて新たな知見を得ることが期待できる。
 同研究グループは、キネシンを固定したピラー上での微小管の運動を観察。その結果、微小管の運動方向は特定の向きにそろっており、またその向きはピラーが列をなしている方向と一致することが分かった。この結果は、キネシン分子がピラーの上にのみ存在していることを示している。また、ピラーの間隔よりも短い微小管の運動を観察したところ、1点を中心としてくるくると回転する様子が観察された。もしピラーに2分子以上のキネシンが付着していたとすると、微小管はキネシンにより2点以上で固定されるために、このような回転運動は見られない。したがってこの結果は、1つのピラーにキネシンが1分子のみ固定されていることを示している。以上の結果より、キネシンをピラーに選択的に固定し、基板表面に任意の間隔で並べることができたことを示した。続いて、複数のキネシンが1本の微小管を運ぶ場合に、速度がキネシンの種類、数および間隔によってどのように変わるかを調べ、ある種類のキネシンは複数分子で働いても、各モータータンパク質は互いの動きに干渉せずに独立して動くために、輸送速度は数と間隔に依らず一定となることを示した。一方で別の種類のキネシンは、各モータータンパク質が結合している微小管を介して力や変位を伝達し、これに応答する形で互いの動きに影響することで、集団での輸送速度を数と間隔によって調節していることを示した。このように、キネシンは種類によって協働性が異なることが明らかになった。
 今回開発した分子を並べる手法は、様々な種類のモータータンパク質の協働性の研究に使用することができる。モータータンパク質の協働性の理解が進むことで、細胞内の物質輸送や細胞分裂などの様々な生命現象の仕組みについて新たな知見を得ることが期待できる。モーター分子を適切に並べることで大きな力や速度を人工的に引き出せば、モータータンパク質をマイクロマシンや分子ロボットの動力源として応用することも期待できる。

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