Research Abstract


Switching of myosin-V motion between the lever-arm swing and Brownian search-and-catch

2012年7月17日 Nature Communications 3 : 956 doi: 10.1038/ncomms1934

モータータンパク質は力を発生するナノマシンであり、絶え間なく変わっていく生物学的環境に適応する能力が高く、エネルギー変換効率が高い。我々は、光ピンセットとDNAの取っ手を使って、負荷のかかったナノマシンの力学的素過程を可視化するイメージングシステムを構築し、これを使ってミオシンVについて調べた。ミオシンVはよく知られているモータータンパク質で、レバーアームを振る動きとブラウン運動による結合位置の探索と捕捉から構成される「ハンドオーバーハンド」の機構により、72 nmのステップで移動する。負荷が小さい(<0.5 pN)際には、レバーアームを振る動きによって力の大半が作り出され、3 kBTの仕事をすることになる。しかし、負荷が大きい(1.9 pN)際には、ブラウン運動による結合位置の探索と捕捉の割合が増して支配的になり、13 kBTの仕事がなされる。我々は、これら2つの力発生モードの間の切り替えが可能なことが、動的な細胞内環境中で機能している際にミオシンVが高効率で機能することを容易にしていると考える。

藤田 恵介1, 岩城 光宏2,3, 岩根 敦子1, Lorenzo Marcucci1 & 柳田 敏雄1,3

  1. 大阪大学大学院 生命機能研究科 ナノ生体科学講座
  2. 大阪大学大学院 医学系研究科
  3. 理化学研究所 生命システム研究センター 細胞動態計測研究グループ
Motor proteins are force-generating nanomachines that are highly adaptable to their ever-changing biological environments and have a high energy conversion efficiency. Here we constructed an imaging system that uses optical tweezers and a DNA handle to visualize elementary mechanical processes of a nanomachine under load. We apply our system to myosin-V, a well-known motor protein that takes 72 nm 'hand-over-hand' steps composed of a 'lever-arm swing' and a 'Brownian search-and-catch'. We find that the lever-arm swing generates a large proportion of the force at low load (<0.5 pN), resulting in 3 kBT of work. At high load (1.9 pN), however, the contribution of the Brownian search-and-catch increases to dominate, reaching 13 kBT of work. We believe the ability to switch between these two force-generation modes facilitates myosin-V function at high efficiency while operating in a dynamic intracellular environment.