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論文 |
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安藤, 敏夫 ; Ando, Toshio
概要:
金沢大学理工研究域物質化学系<br />我々が世界に先駆けて開発した高速原子間力顕微鏡をタンパク質などの生体高分子の機能ナノ動態撮影に実用化する上で障害となる装置上の問題点を発見・解決するとともに、特定の試料対象に対してその基板への固定法な
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どを開発し、高速原子間力顕微鏡をタンパク質の新しい研究手段にすることを本研究は目指している。対象試料をモータータンパク質系に絞って研究を進めてきた。モータータンパク質(ダイニンC、ミオシンV)が単独に在る場合には、マイカ表面を改変せず、また、溶液条件を特別なものにしなくとも、これらの蛋白質は緩やかにマイカ表面に吸着し、分子内のかなりの部分がマイカ表面から自由であった。従って、ATPase反応にともなう構造変化を比較的容易にイメージングできた。ダイニンCでは、ストークとヘッド部はATPの影響が見られないのに対して、ステム部はATP存在下で2つの位置を行ったり来たりする様子が観察された。その頻度はATPターンオーバー時間にほぼ等しく、ステムの運動がATPase反応に共役していることは明らかである。ミオシンVのATPase活性は極めて低いので、構造形態変化を繰り返し捉えることは難しい。そこで、Caged-ATPに紫外線を照射しATPを放出する前後をイメージングする方法でATPase反応にカップルした構造形態変化を捉えた。紫外線照射後素早く頭部が大きく屈曲し、1-2秒の内にもとのまっすぐな形態に戻った。装置の改良により、ATP存在下でアクチンフィラメントとミオシンVが弱く相互作用する系についても、系を乱すことなく、イメージングすることが可能になった。現在この系に集中して、ミオシンVの動的挙動の研究を進めている。ダイニンCとマイクロチュービュルが共存する系については未だ着手していない。<br />研究課題/領域番号:14654071, 研究期間(年度):2002 – 2003<br />出典：「タンパク質の分子機能動態及び場のリアルタイムイメージングを目指して」研究成果報告書 課題番号14654071（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-14654071/)を加工して作成
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安藤, 敏夫 ; Ando, Toshio
概要:
分子・細胞で起こるダイナミックな現象を高解像で直接可視化できる高速原子間力顕微鏡を世界に先駆けて完成させた。その結果、いくつかの機能中のタンパク質分子の動的構造変化や動的分子プロセス、生きた細胞で起こる動的現象を撮影することに成功し、この新
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規顕微鏡の有効性、革新性を実証した。<br />I have accomplished, ahead of the world, the development of a high-speed atomic force microscope that can directly visualize dynamic phenomena occurring in molecules and cells at high resolution. Consequently, dynamic structural changes and molecular processes of proteins in action as well as dynamic phenomena occurring in live cells have been successfully filmed. Thus, the usefulness and innovative power of this new microscope have been demonstrated.<br />研究課題/領域番号:20221006, 研究期間(年度):2008-05-12 – 2013-03-31
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安藤, 敏夫 ; Ando, Toshio
概要:
(a) We manufactured an atomic force microscope that was able to be scanned faster and less susceptible to drift than ord
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inary AFM apparatuses. This AFM was attached to an epiluminescence fluorescence microscope. To show the high performance of our AFM apparatus we tried to obtain high resolution images of myosin heads (subfragment-1) in aqueous solution. The images revealed fine structures that was comparable to those in an atomic model of S1 derived from x-ray crystallography of S1. In the AFM images we were able to see the ATP binding site as well as the large cleft at the tip of S1. These results proved that our AFM apparatus was on the level of the greatest in the world. (b) We performed a study preparatory to the development of a high-speed AFM in which one image would be acquired within 30msec. We designed and manufactured a high-speed scanner and attained high-speed imaging where one image was obtained within 150msec. By way of experiment we produced an AFM that employed a displacemant detection system suitable for high-speed imaging. We also examinds methods for preparing cantilevers that were suitable for a high-speed AFM.From these preparative studies we were able to secure a scaffolding for the development of the video-rate AFM. (c) To measure bimolecular interaction force at a truly single molecular level we developed a method to capture a single molecule of protein at the apex of a cantilever tip. Using this method we succeeded in quantifying the force field exerted between a single molecule of heavy meromyosin (HMM) and actin. Using this new technology we also discovered that ATP binding to HMM heads induced vibratile structural changes in HMM heads.<br />1.従来のAFM装置より高速に走査でき、ドリフトの影響を受けにくいAFMを製作し、これを蛍光顕微鏡に組み込んだ。この装置の高い性能を示すために、液中にあるミオシン頭部(S1)の像を高い分解能で得ることを試みた。X線結晶解析で得られているS1の原子モデルと細かい点まで比較できるほどの解像度の高い像を得ることができた。ATP結合部位や頭部先端にあるクレフトまで観察することができ、世界最高レベルのAFMであることを実証した。2.将来AFMをビデオレートにまで高速化するための準備研究を行った。高速走査できるスキャナーを設計・製作し、1画像を150msecで撮れる走査速度を実現した。高速AFMに適した変位検出法を採用したAFMを試作した。また、高速走査に適したカンチレバ-作製法の検討を行った。これらの研究により最終的な高速化を図るための足がかりを掴むことができた。3.真に1分子レベルで分子間相互作用を計測するために、カンチレバ-探針先端に蛋白質1分子を捕捉する方法を開発した。これによって、ミオシンのサブフラグメント(HMM)1分子とアクチン間に働く力の場の諸性質を定量化することに成功した。更に、HMMがATPに結合したあとに振動する構造変化がHMM頭部に起こることを発見した。<br />研究課題/領域番号:06558099, 研究期間(年度):1994–1996<br />出典：「生物研究用走査型プローブ顕微鏡の製作」研究成果報告書 課題番号06558099 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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安藤, 敏夫 ; Ando, Toshio
概要:
金沢大学新学術創成研究機構ナノ生命科学研究所<br />三つの課題に取り組んだ。課題1では、既に確立した高速AFMを利用して多様な蛋白質系で起こる動的プロセスを観察し、機能メカニズムに迫るとともに、従来技術では困難な天然変性蛋白質の構造解析
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が高速AFMで可能であることを実証した。課題2では、振動を起こさずに広域を高速走査する技術やイメージング中に試料を操作可能なインターラクティブ高速AFMを開発し、その有効性を実証した。また、カンチレバー走査方式の高速AFMと蛍光顕微鏡との複合機を開発し、蛍光像と高速AFM像の同時取得を実現した。課題3では、非接触観察可能な走査型イオン伝導顕微鏡の高速化に向け要素技術を開発し、約100倍の高速化に成功した。<br />We worked on three subjects. In subject 1, we elucidated the functional mechanism of various protein systems by observing their dynamic processes using high-speed AFM (HS-AFM) that we had established before. Besides, we demonstrated that HS-AFM can analyze the structure of intrinsically disordered proteins that are difficult to analyze with conventional methods. In subject 2, we developed fast/wide-area scanning techniques without generation of unwanted vibrations and an interactive HS-AFM technique that can manipulate the sample during imaging. The usefulness of these new techniques were demonstrated. In addition, we developed cantilever-scan type of HS-AFM combined with fluorescence microscopy, and thereby, made it possible to capture HS-AFM and fluorescence images simultaneously. In subject 3, we developed high-speed scanning ion conductance microscopy that can image the sample without contact with the sample. The imaging speed reached a level 100-times faster than before.<br />研究課題/領域番号:24227005, 研究期間(年度):2012-04-01 - 2017-03-31
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