ナノ構造制約下におけるモータタンパク質による物質輸送系の設計原理構築

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平成27年度においては，前年度までに確立した動的マイクロチャネル形成デバイスを利用し，高さ1マイクロメートル以下のチャネル内への微小管固定およびキネシン運動アッセイを確立した．マイクロチャネル内におけるキネシンの運動を観察した結果，このような微小な構造に制限された環境下でキネシンの運動は阻害されず，ナノスケールのアクチュエータとして利用できることを示した．また，キネシンによる輸送量を，チャネルの断面を単位時間あたりに横切るキネシン分子数を用いて評価した．同じチャネル内で，濃度勾配によって駆動される拡散輸送と比較したところ，キネシンによる能動輸送は1 マイクロメートル当たり2 nM程度の濃度差がある場合の拡散による輸送量と同程度であることがわかった．これらの結果は微小管およびキネシンを利用したマイクロ・ナノスケールにおける輸送系の構築に向けて，重要な知見であると考えられる．また，マイクロ・ナノファブリケーションをキネシン運動機構のより詳細な計測に応用することを目指した．具体的には，幅100ナノメートル程度のナノスリットを利用して，従来の手法では不可能な高濃度の蛍光ATP存在下におけるATP加水分解サイクルとキネシンステップ運動の同時計測を目的として実験系の構築を行った．まず，トラック中における励起光電場分布をシミュレーションし，適切なトラックの設計及び電子線描画を利用した製作プロセスを確立した．また，キネシン加水分解サイクルの基質活性を持つ蛍光ATPを選定し，キネシン運動と蛍光ATPの同時1分子観察が可能な分子系および光学系を確立した．これらの結果は，理学的に重要なキネシン運動機構の解明に向けて有用な手法となり得ると考えられるとともに，工学的な応用にむけても，キネシン機能の評価手法として有用なものとなることが期待できる．