高次筋収縮系における構造的・機能的再構築と力学特性の研究

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本研究の目標は,バイオメカニクス研究の一環として筋収縮運動系を取り上げ,その構造と機能を,筋線維構造の力学特性の面から明らかにすることにある。我々は特に,横紋筋線維(骨格筋と心筋)に収縮要素系(この主要な構成要素は,アクチン,ミオシンフィラメント)と弾性要素系(コネクチン(別名,タイチン)ネブリンなど)を取り上げる。本年度は,単一筋原線維(直径,〜1μm)を顕微操作し,その発生張力や内部(筋節)構造を計測,解析することのできる顕微計測・画像解析装置を用いて,(1)弾性要素系の粘弾性,(2)アクチン(細い)フィラメントの講造的・機能的再構築を重点的に研究した。ともに,アクチンフィラメント切断タンパク質ゲルゾリンを分子道具として用いることにより,細いフィラメントを選択的に除去するという手法を用いた。その結果,(1)については,コネクチンや,細いフィラメントの側面に会合したネブリンの弾性率を見積もることができ,細いフィラメント全体の弾性率へのネブリンの寄与が小さいことが判った(Yasuda等,論文準備中)。(2)については,ほとんど全ての細いフィラメントを除去することによって一旦収縮能を失った筋原線維に,精製アクチン分子や制御タンパク質を加えることによって,30%の等尺性張力とそのCa^<2+>による制御機能を回復させることに成功した(Funatsu等,論文準備中)。一方,筋フィラメント(直径,〜0.01μm)一本の力学特性を明らかにすべくその顕微操作も試みている。この研究の一環として,アクチンフィラメントのin vitro滑り運動系において,滑り力に右巻きトルク成分が存在すること,その結果左巻きの超ラセンが形成されることを見いだした(Nishizaka等,Nature誌上に発表(1993))。このような捻れ力の存在と,それに対する筋フィラメント力学特性についても,レーザー光ピンセット法を用いて検討した。