1分子力学・蛍光測定によるフォールディングダイナミクスの研究

利用单分子动力学和荧光测量研究折叠动力学

• 批准号: 16041209
• 负责人: 佐野 雅己
• 金额: $ 8.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16041209/
• 关键词: DNA凝縮転移; タンパク質フォールディング; AFM(原子間力顕微鏡); 1分子計測; たんぱく質フォールディング; レーザーピンセット

1.我々はDNA結合色素,YO-PRO2+、YOYO4を用いて、スペルミジン3+(SPD)による凝縮転移下で対イオンの振舞いを調べた。色素とSPDは共に正電荷を持つため、DNAの負電荷に対し対イオンとして振舞う。また、色素はDNAと結合しているときのみ強い蛍光を発する。一定量の色素とDNAを含む溶液に対しSPDを加えると、蛍光強度はSPD濃度の増加にともない単調に減少することを確認した。これはDNAの負電荷を遮蔽する対イオンが、色素からSPDに置換わったことを示している。さらに興味深いことに、あるSPD濃度において蛍光強度の減衰の仕方が大きく変化する。沈降法による測定から、この濃度が凝縮転移濃度に一致することが分かった。得られた理論曲線は測定結果をよく再現した。2.さらに、光ピンセットを用いた1分子DNAの張力測定により、1分子DNA上におけるYOYO, SPDの対イオン交換を観測することに成功した。YOYOがDNAにインターカレートすると、DNAの見かけの全長が長くなることが知られている。張力測定の結果、YOYOの結合により全長が増加するが、SPDの添加で再度減少することが分かった。全長の減少はYOYOの解離を意味しており、1分子DNA上でYOYO、SPDの対イオン交換が生じていることを示している。3.原子間力顕微鏡(AFM)を自作し、伸張緩和速度を任意に設定可能にするとともに、力一定(Force clamo)モードや力の増加割合一定(Force ramp)モードなどで動作することを可能にした。このAFMを用いてフォールド過程研究のモデルたんぱく質であるSNase(Staphy lococcal Nuclease)の1分子伸張実験を行った。鋸波状の応答のピーク間隔分布の解析から、引っ張り力が100-400pNの比較的弱い力の範囲では、アンフォールドによる長さ変化が2-6nmの短い構造変化、力が400-600pNの比較的強い力の範囲では、14nm以上の長い構造変化が起こっていることが明らかになった。4.DNA1分子の伸張実験で観測された3種類の力学応答:WLC,プラトー、鋸波状応答の生成機構を明らかにするため、静電相互作用を考慮したランジュバンダイナミクスモデルを構築し、数値シミュレーションを行った。その結果、静電相互作用を強くするに従い、3種の力学応答が再現されることを確認した。

1. I am a DNA-binding pigment,YO-PRO2+ and YOYO4, which are used in the middle of the reaction, in the middle of the reaction. Pigment SPD has a positive charge and DNA has a negative charge. The pigment binds to the DNA, and the pigment binds to the light. A certain amount of dye and DNA are added to the SPD, and the intensity of light is increased and decreased. This shows that the negative charge of DNA is hidden from the skin and the pigment is replaced by SPD. The intensity of light and the attenuation of SPD are greatly reduced. Determination of concentration by sedimentation method is consistent with concentration by condensation and migration. The results of the theoretical curve analysis are as follows: 2. The measurement of the tension of 1 molecule DNA by light and light was successful. YOYO DNA is the only DNA in the world. The results of tension measurement, YOYO binding, total length increase, SPD addition, decrease again, and so on. The decrease in the length of YOYO means that YOYO and SPD are exchanged on one molecule of DNA. 3. Atomic Force Micromirror (AFM) is self-operated, and the expansion and relaxation speed can be arbitrarily set. The force is constant. The force is increased and the separation is constant. This AFM was used to study the molecular nature of the Fürstenberg process and to implement the one-molecule stretching of SNase(Staphyloccal Nuclease). Analysis of the distribution of the spacing of the saw wave and the tensile force between 100 and 400pN. The range of the relatively weak force between 2 and 6nm. The range of the relatively strong force between 400 and 600pN. The range of the relatively long force between 14nm and above. 4. Three types of mechanical responses to the stretching of DNA1 molecules are measured:WLC, voltage, saw-wave response generation mechanism, electrostatic interaction, and numerical simulation. The results, electrostatic interaction, and three kinds of mechanical responses are confirmed.

项目成果

A Mechanical Model of Molecular Motors with Load Dependent Transitions

具有负载相关跃迁的分子马达机械模型

• 发表时间: 2006
• 期刊: Prog.Theor.Phys.Supp. (印刷中)
• 作者: T.Ishii;M.Matsuo;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano

Visualization during stick-release and plateau responses of collapsed DNA

塌陷 DNA 棒释放和平台反应期间的可视化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Prog.Theor.Phys.Supp. (印刷中)
• 作者: R.Ishida;Y.Murayama;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano

Connectivities and Synchronous Firing of Cortical Neural Networks.

皮质神经网络的连接和同步放电。

• 发表时间: 2004
• 期刊: Phys.Rev.Lett. 93
• 作者: L.C.Jia;M.Sano;Pik-Yin Lai.;C.K.Chan
• 通讯作者: C.K.Chan

Nonlinear Elasticity of Single Collapsed Polyelectrolytes

单一塌陷聚电解质的非线性弹性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review E 72
• 作者: H.Wada;Y.Murayama;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano

Exchange of Counterions in DNA Condensation

DNA 缩合中抗衡离子的交换

• 发表时间: 2005
• 期刊: Biopolymers (印刷中)
• 作者: Y.Murayama;M.Sano
• 通讯作者: M.Sano