1分子・多分子力計測から迫る、心機能に適した心筋ミオシンの分子特性

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心筋ミオシンはATP加水分解エネルギーを利用しパワーストロークと呼ばれる構造変化を通して、力を発生し心臓の収縮力を生んでいるタンパク質である。心臓の収縮力は心筋ミオシン単分子だけで発生しているのではなく、多分子によって発生しているため、心臓の収縮を分子レベルで理解するためには、心筋ミオシン単分子の性質のみならず、集団的性質を知る必要がある。したがって、本研究では心筋ミオシンの集団的性質を解明することを目的とし、心筋ミオシン多分子が発生する力を計測した。同様な実験を骨格筋ミオシンで行った実験結果と比較すると、心筋ミオシンは高い力を発生する一方、頻繁に後ろ向きに移動していることも判明した。この分子メカニズムを調べるべく、心筋・骨格筋ミオシン１分子で実験を行ったところ、心筋ミオシンは骨格筋ミオシンに比べ頻繁にリバースストローク(パワーストロークの逆反応)が起きていることが判明した。１分子実験により判明した高頻度のリバースストロークが、分子集団の力発生に与える影響を調べるためシミュレーションを行った結果、高頻度のリバースストロークは分子集団の高い力発生を生み出していることが判明した。さらに、心臓の急速な弛緩に関わっていることがシミュレーションで示唆され、本研究によって心臓の機能にとって大事な心筋ミオシンの１分子特性を明らかにすることができた。本研究の成果はPNASで発表した。