高速AFM/光ピンセット複合機を用いたSMCの液-液相分離の形成・破壊機構の解明

使用高速AFM/光镊组合装置阐明SMC中液-液相分离的形成和破坏机制

• 批准号: 21K04849
• 负责人: 梅田 健一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04849/
• 关键词: 高速AFM; DNA; 染色体維持構造タンパク質; コヒーシン; SMC5/6; 生体機能動態; 光ピンセット; 液液相分離

コヒーシンやコンデンシンに代表される環状のモータータンパク質であるSMCは染色体の形成過程において重要な役目を担うが、その分子レベルの原理に関して不明な点が多い。そのため、高速AFMを用いて、サブ分子レベルでの現象を可視化し、原理解明を行うことを目的として研究を行っている。蛍光顕微鏡を用いた先行研究例では、DNAが宙に浮いた状態で実験を行うため、トポロジカル結合した分子の動きを可視化できるのに対し、高速AFMでは分子を基板に吸着させる必要があるため、うまくダイナミクスを可視化できない問題があった。この問題を克服するために、前年度の研究において、非特異吸着を防ぐことが可能な脂質膜を用いることで吸着力を抑制し、分子のダイナミクスを可視化することに成功した。しかし、吸着力を弱くした状態ではダイナミクスは見えるものの分子の構造が観察できないため、吸着力を強くすると分子が壊れてしまうという問題があった。2022年度において、脂質膜の組成と観察用のバッファー条件、分子のローディング条件などを最適化することで、DNAにSMCが結合した状態であっても長時間に渡って安定してサブ分子分解能イメージング可能な条件を見つけることに成功した。更に、SMCがDNAをトポロジカル結合するメカニズムとして、ヘッドから入る説とヒンジから入る説が未だに存在し、決着が付いていない状態にある。これを明らかにするために、ワイルドタイプと、加水分解を抑制したATPaseミュータントの実験結果を比較した実験を行い、SMCがDNAをエンブレースする真の描像を明らかにすることに成功した。

コ ヒ ー シ ン や コ ン デ ン シ ン に representative さ れ る annular の モ ー タ ー タ ン パ ク qualitative で あ る SMC は chromosome の formation に お い て mesh を bear important な service う が, そ の molecular レ ベ ル の principle に masato し て が い more unknown な point. そ の た め, high-speed AFM を with い て, サ ブ molecular レ ベ ル で を visualization し の phenomenon, the original understanding of Ming を う こ と を purpose と し を line っ て research て い る. 蛍 light 顕 micromirror を with い た leading research example で は, DNA が main に floating い た state で be 験 を line う た め, ト ポ ロ ジ カ ル combining し の た molecules move き を visualization で き る の に し seaborne, high-speed AFM で は molecular を substrate に sorption さ せ る necessary が あ る た め, う ま く ダ イ ナ ミ ク ス を visualization で き な い problem が あ っ た. こ の を overcome す る た め に, before the annual の に お い て, nonspecific, sucking を ぐ こ と が may be using い な lipid membrane を る こ と で emphatically を inhibit し, molecular absorption の ダ イ ナ ミ ク ス を visualization す る こ と に successful し た. し か し, suck on を weak く し た state で は ダ イ ナ ミ ク ス は see え る も の の molecular の tectonic が 観 examine で き な い た め, focus on strong を く す る と molecular が 壊 れ て し ま う と い う problem が あ っ た. 2022 annual に お い て, lipid membrane の と 観 examine with の バ ッ フ ァ ー conditions, molecular の ロ ー デ ィ ン グ conditions な ど を optimization す る こ と で, DNA に SMC が combining し た state で あ っ て も long に crossing っ て settle し て サ ブ molecules can イ メ ー ジ ン グ may see な conditions を つ け る こ と に successful し た. More に, SMC が DNA を ト ポ ロ ジ カ ル combining す る メ カ ニ ズ ム と し て, ヘ ッ ド か ら into る said と ヒ ン ジ か ら into る said が not だ に し, definitely the が pay い て い な い state に あ る. こ れ を Ming ら か に す る た め に, ワ イ ル ド タ イ プ と, hydrolytic decomposition を inhibit し た ATPase ミ ュ ー タ ン ト の be 験 results を し た be 験 を い, SMC が DNA を エ ン ブ レ ー ス す る is の stroke like を Ming ら か に す る こ と に successful し た.

项目成果

高速AFMの更なる高速化に向けたZ-スキャナの共振制御装置

进一步加速高速AFM的Z扫描共振控制装置

• 发表时间: 2022
• 作者: ○巽和真;梅田健一;安藤敏夫;古寺哲幸
• 通讯作者: 古寺哲幸

Speeding up atomic force microscopy

加速原子力显微镜

Architecture of zero-latency ultrafast amplitude detector for high-speed atomic force microscopy.

用于高速原子力显微镜的零延迟超快振幅探测器的架构。

• DOI: 10.1063/5.0067224
• 发表时间: 2021
• 期刊: Appl. Phys. Lett.
• 作者: K. Umeda;C. Okamoto;M. Shimizu; S. Watanabe;T. Ando;N. Kodera
• 通讯作者: N. Kodera

振幅計測装置及び振幅計測方法

振幅测量装置及振幅测量方法

• 发表时间: 2021

High-Speed AFM Study of Structural Maintenance of Chromosomes

染色体结构维持的高速 AFM 研究

• 发表时间: 2022
• 作者: J. Shin;T. Kasama;R. Miyake;○K. Umeda and N. Kodera,
• 通讯作者: ○K. Umeda and N. Kodera,