X線結晶解析・NMR分光・クライオ電子顕微鏡を統合した筋肉超分子構造決定法

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クライオ電子顕微鏡像を単粒子解析し,20Å分解能でアクチン上でのトロポニンの位置とそのCa感受性移動を明らかにし,筋弛緩時にはトロポニンから分子質量が約6kDaのアーム状領域が突出しアクチンに結合していることを明らかにした(Narita, et. al., J.Mol.Biol., 2001)。トロポニンの3者複合体(TnT2, TnC, TnI)のNMR分光法を行い,トロポニンのアクチン結合領域の原子構造を明らかにした(Murakami, et. al., 2005)。この領域はTnIのC端領域(Lys131-Ser182)に対応する。この領域の原子構造をクライオ電子顕微鏡三次元密度マップにドッキングし,アクチン・フィラメントとトロポニンのアクチン結合領域の相互作用の原子モデルを初めて構築した。この結合インターフェイスのトロポニン側は家族性心筋症変異の多発部位であり,機能的・医学的な重要性が裏付けられた。さらに,トロポニンのコアドメインの結晶構造を電顕マップにドッキングし,トロポニン全体とアクチンの関係を示す原子モデルを構築した。このモデルによると筋弛緩時にトロポニンのコイルドコイル領域がトロポミオシンを押している。私達の単粒子解析によると,トロポニンはトロポミオシンのC端領域のみを押しており(Murakami, et. al., 2005),電顕からの結果(Narita, et. al., 2001)とも一致する。今回,カルシウム濃度に応じて生じるこのようなトロポミオシン分子のナノメータ・スケールの移動を分子レベルで明らかにするために,トロポミオシン断片・トロポニン断片の共結晶のX線解析を行い,トロポミオシン重合の分子機構を明らかにし,トロポニンがそれを如何に支援するかを明らかにした(Proe.Natn.Acad.Sci.U.S.A.,in press)。