生物物理 50（2），088-089（2010）

トピックス

ストレインセンサーが制御するミオシンVIのブラウン運動整流機構
岩城光宏 大阪大学大学院医学系研究科生体生理医学専攻

1.

脚の長さから考えると，着地した位置で両足間には分はじめに子内張力が働いていることが予想される．ミオシン V

細胞内で小胞輸送を行うモータータンパク質であるや VI では，張力（負荷）が足に加わることによってミオシン V や VI では，構造変化を伴った運動と共に，ADP 解離速度や ATP 結合速度定数が変調されることブラウン運動を経て一方向運動していることが直接観が報告されている 4)．著者らは Pi の解離速度も同様に察されている 1)．このことは，等方性のブラウン運動張力依存的に変化する可能性を考えた．着地点で分子から一方向成分を取り出す（整流する）機構が存在す内張力が加わり Pi 解離速度が上昇すれば，ブラウンることを示すものであるが，その機構の実体はよくわ

運動していた足はアクチンと強く結合してその位置でかっていない．本稿では，ミオシン VI のブラウン運の着地が保証される 5)．

動整流機構に焦点を当てた著者らの研究を紹介する．
2.

上記の仮説を実験的に検証するために，光ピンセット法を用いたミオシンの操作を µs の時間領域まで向ミオシン VI の二足歩行運動上させ，Pi 解離前の足に張力を加えるシステムを構築

ミオシン VI は，エンドサイトーシスなどに関与し，した．ミオシン VI の足 1 個を光ピンセットで操作し，細胞骨格であるアクチンフィラメントのレール上で一アクチンフィラメントに沿って 80 µs の時間でスキャ方向性の輸送運動を行うモーターである．ATP を加水ンすると，スキャンの途中で µs から数百 ms の時間領分解し力発生を行うモーター部位（足）を蛍光ラベル域に渡る結合がときどき確認された（図 1c）．結合時

し 1 分子観察を行うことによって，2 つの足をもつミオシン VI 分子は，交互にレール前方に着地し連続的な二足歩行運動を行うことが明らかになっている 2)（図 1a）．
両足は，歩行運動中のほとんどの時間をアクチンに強く結合している．後足に ATP が結合すると後足のみがアクチンから解離してブラウン運動を行い，前方のアクチンに強く結合して 1 回の歩行が終了する．そのブラウン運動は，前足から伸びたネック部位（脚）先端を支点にして行われると考えられる．また，ブラウン運動している足に結合している ATP は ADP と Piに分解され，その間，足とアクチンとの親和性は弱い（Kd〜30 µM）．そのため，ブラウン運動している足はアクチンに結合しても短時間（約 1 ms）でアクチンから解離し（図 1b），Pi が解離するとアクチンと強く
図1（a）ミオシン VI の二足歩行運動．詳細は本文を参照．
（b）ADP とPi を保持した足がアクチンと弱く結合している状態と力を加える
方向．
（c）光ピンセットで足をアクチンに沿って走査して得られたデータ．矢印の所で結合が確認できる．
（d）各実験（おのおの異なるミオシン VI 分子）での強い結合の観察数．白：後方向負荷時，灰色：前方向負荷時．（電子ジャーナルではカラー）

安定に結合する 3)．
3.

前方の着地を保証するストレインセンサー

ブラウン運動している足は，アクチンフィラメントの螺旋ピッチサイズである約 70 nm 前方で着地する．

Brownian Search-and-Catch Mechanism for Myosin-VI Steps
Mitsuhiro IWAKIDivision of Physiological Sciences, Graduate School of Medicine, Osaka University

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ミオシン VI のブラウン運動整流機構

間 は，Pi 解 離 後 の 強 結 合 状 態 で の 分 布（足 か ら の少ない条件下でも足が効率的に前方に強結合して仕事ADP 解離と ATP 結合の逐次反応時に得られる数十 msを行うことを両立させている．

でピークをもつ山型の分布）と，310 µs の時定数をもおわりに

4.

つ一次の指数減衰分布から構成されていた．310 µs の分布は，1 ms 程度結合している Pi 解離前の足を µs 領

ミオシンの運動機構には諸説あるが，脚が前方に構域の操作によって引っ張り，破断された状態を観察し造変化して一方向運動を行うモデル 7) が最もポピュていると考えられた．

ラーであろう．ミオシン VI の脚もたしかに構造変化

Pi 解離後の強結合頻度の負荷方向依存性を調べるが起こるだろうが，脚の角度は比較的不安定であるとと，前方向負荷時に比べて後方負荷時では強結合の頻の指摘もある 8)．また，脚の構造と硬さについても議度が上昇していた（図 1d）．詳細は文献 6 に譲るが，論されているところである 9), 10)．脚の構造変化によっ

Pi 解離速度定数を後方向負荷存在下で見積もると，無て外部後方負荷に打ち勝つだけの仕事ができなけれ負荷時に比べて約 30 倍加速されていた．このことは，ば，ストレインセンサー機構は方向性制御機構に大き

無負荷時には，生化学的測定 によって示唆されていな意味をもってくるだろう．

3)

るように，アクチンと Pi 解離前の足が複数回の結合・本研究で重要なのは，ミオシン VI が，張力の「方解離を経て Pi を放出するのに対し，後方負荷存在下向」と「強さ」という機械的な信号から，「自身の位では，1 回の結合で Pi 放出できることを意味する．

置」と「外部状況（負荷）」を感じて応答し，効率的ミオシン VI の二足歩行運動に話を戻すと，ATP をな力発生や外部環境の変化に対応する適応性を獲得し結合しブラウン運動している足は，アクチンとときうる点である．他のモータータンパク質も柔軟に機能どき弱い結合をしながらもアクチンから解離する．そするためのストレインセンサー機構を備えているのでして，約 70 nm 前方に結合すると，その足に対してはないかと期待している．

後方向に分子内張力が働くため，その位置で Pi を解離し強く結合しやすくなると考えられる（図 2）．張謝

辞

力を感じて Pi を放出しアクチンに強く結合する，も本研究は，大阪大学大学院生命機能研究科の柳田敏

しくは力発生する，この機構を「ストレインセンサー雄教授と共に行ったものである．深く感謝いたします．

機構」とよび，ブラウン運動している足はこの機構によって前方での強結合を保証されるため，結果として

文

献

ブラウン運動から一方向成分が取り出されることに1)

Shiroguchi, K., Kinosita, K., Jr. (2007) Science 316, 1208-1212.

2)

Okten, Z. et al. (2004) Nat. Struct. Mol. Biol. 11, 884-887.

3)

De La Cruz, E. M. et al. (2001) J. Biol. Chem. 276, 32373-32381.

4)

Altman, D. et al. (2004) Cell 116, 737-749.

5)

Yanagida, T. et al. (2000) Philos. Trans. R. Soc. Lond.B 355, 441-6)

Iwaki, M. et al. (2009) Nat. Chem. Biol. 5, 403-405.

なる．
アクチンフィラメント上の複数の結合位置を探索することを可能にするブラウン運動と，前方への着地を447.

保証するストレインセンサーの仕組みは，混雑し障害物の多い細胞内環境下で迂回路を探索するための自由度と，後方外部負荷が加わり前方へ弱結合する機会の

図2
荷物を結合したミオシン VI の二足歩行モデル．後方向負荷が足に加わると Pi の放出経路（バックドア）が開き，ADP 結合部位（フロントドア）は閉じることで，前方でアクチンと安定した強い結合状態を保つ．（電子ジャーナルではカラー）

7)

Spudich, J. A. (2001) Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2, 387-392.

8)

Yildiz, A. et al. (2004) J. Biol. Chem. 279, 37223-37226.

9)Spink, B. J. et al. (2008) Nat. Struct. Mol. Biol. 15, 591-597.

10)

Mukherjea, M. et al. (2009) Mol. Cell 35, 305-315.

岩城光宏

トピックス089

岩城光宏（いわき みつひろ）
大阪大学大学院医学系研究科助教
2006 年大阪大学基礎工学研究科博士課程修了．
博士（理学）．07 年より現職．
研究内容：モータータンパク質の機械刺激応答および環境応答機構の解明
連絡先：〒 565-0871 大阪府吹田市山田丘 1-3 ナ
ノバイオロジー棟 7F
E-mail: iwaki@phys1.med.osaka-u.ac.jp