アクチン細胞骨格の力学－生化学連成機構の分子動力学的理解

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本研究では，アクチンフィラメントの構造変化がアクチン結合タンパク質の結合活性の変化に及ぼす影響を解明し，力学刺激が分子階層の生化学シグナルとして変換されるメカニズムを分子レベルから明らかにすることを目的としている．本年度は，申請書に記載した年次計画に対して，統計力学に基づいてアクチンフィラメントの力学挙動を理解析した．以下に，本年度中の主な実施内容と得られた成果を述べる．１）引張‐曲げ‐ねじりのゆらぎと剛性の関係式の導出張力やトルク等の力学作用が関与するアクチンダイナミクスを理解する上で，フィラメントの引張-曲げ運動，曲げ-ねじり運動，および，ねじり-引張挙動を定量的に評価することは重要である．そこで本研究では，これらの連成挙動の基本的な性質を表現するCoupling剛性を，統計学的手法から評価した．フィラメントを，等方性，および，均質性を仮定した線形の弾性体を用いて表現し，Coupling剛性を導いた．Coupling剛性は，Couplingを含めた引張-曲げ-ねじりのゆらぎの大きさに依存することが示唆された．２）フィラメントの構造ダイナミクスの観測粗視化分子動力学法に基づいた数値シミュレーションによりアクチンフィラメントの伸び，ねじれ角，および，曲がり角を観測し，それらの共分散からCoupling剛性を評価した．その結果，Coupling剛性は，熱ゆらぎを観測するサンプリング時間幅の増大にともない，ある値に収束する傾向が見られ，その収束値は，一分子実験より評価された値とよい一致を示した．本研究において評価された連成剛性をより粗視化したモデルに組み込むことにより，ネットワーク構造等のより長大なスケールにおけるアクチンフィラメント構造の力学挙動を解明することが期待される．