Differences in internal dynamics of actin under different structural states detected by neutron scattering

中性子散乱により検出された異なった構造状態におけるアクチンの内部運動の違い

藤原 悟; Plazanet, M.*; 松本 富美子; 小田 俊郎*

Fujiwara, Satoru; Plazanet, M.*; Matsumoto, Fumiko; Oda, Toshiro*

アクチンは、ほぼすべての真核細胞内に存在し、細胞運動や輸送等にかかわる実に多様な機能を持つ。アクチン単量体(G-アクチン)は重合して繊維状重合体(F-アクチン)を形成するが、多様なアクチンの機能は、種々の蛋白質との相互作用を可能とするF-アクチンの柔らかさのゆえである。F-アクチンの柔らかさの起源を明らかにするための第一段階として、われわれはピコ領域におけるアクチンの運動特性の測定を、中性子非干渉性弾性散乱(EINS)法を用いて行った。G-アクチン及びF-アクチンの水和粉末試料についてEINS測定を行い、アクチン分子内の原子の平均自乗変位の温度依存性を調べた。その結果、平均自乗変位には150K付近及び245K付近に2つの転移が観測されること、その振舞がG-アクチンとF-アクチンで異なること、そしてG-アクチンの方がF-アクチンより"柔らかい"ことが示された。さらに、アクチンは、G-アクチンとF-アクチンで同様の柔らかさを持つ領域と、G-アクチンにおいてより柔らかくなる領域という動的不均一性を持っていることが示唆された。

Actin plays crucial roles in various aspects of cell motility. Flexibility of F-actin, a filamentous polymer formed by polymerization of the monomers (G-actin), is important for such a variety of functions. This flexibility allows F-actin to interact with various proteins, thereby expressing multiple functions. Understanding the variety of functions of actin thus requires understanding the flexibility of F-actin. As a first step towards this ultimate purpose, we carried out elastic incoherent neutron scattering (EINS) experiments on G-actin and F-actin under hydrated states. The mean square displacement (MSD) was estimated from the EINS measurements. Temperature dependence of MSD showed that two dynamical transitions occur at about 150 K and about 245 K, and that behavior of MSD is different between G-actin and F-actin, such that G-actin is "softer" than F-actin. The different behavior observed is ascribed to the differences in dynamical heterogeneity between F-actin and G-actin.