アクチン・ポリカチオン複合体の塩濃度による階層構造変化

Salt induced hierarchical morphology change of actin/polycation complexes

増井 友美; 敷中 一洋*; 小泉 智; 角五 彰*; 橋本 竹治; Gong, J.*

Masui, Tomomi; Shikinaka, Kazuhiro*; Koizumi, Satoshi; Kakugo, Akira*; Hashimoto, Takeji; Gong, J.*

アクチンは細胞運動に重要な役割を果たしているタンパク質であり、アクチン結合タンパク質ともに形成する細胞骨格が細胞運動を担う。本研究では、アクチンとアクチン結合タンパク質間の静電相互作用に着目し、アクチン結合タンパク質の代わりにポリカチオンを用い、塩濃度変化によるアクチン・ポリカチオン複合体の階層構造を、中性子小角散乱法と蛍光顕微鏡法により得た。その結果、アクチン・ポリカチオン複合体は、一定サイズのプロトバンドル,プロトバンドルからなるスーパーバンドルと階層的に凝縮していることを明らかにした。溶液中の塩濃度上昇に伴って、プロトバンドル内のアクチンの配列秩序の向上,プロトバンドルの太さ成長が観測され、同時に、蛍光顕微鏡で観測される高次構造は、グロビュール状からバンドルへと変化した。さらに塩濃度を上げると、複合体は単一アクチンへと溶解した。塩濃度の増大は、アクチン間斥力を緩和し、プロトバンドルの太さ成長を引き起こす。その結果、曲げ弾性エネルギーが増大し、グロビュール状からバンドルへと形態変化する。このようなダイナミックな構造変化は、細胞運動における塩濃度変化の重要性を示唆する。

Hierarchical structures of F-actin, an anionic polyelectrolyte, and PDMAPAA-Q, a synthetic linear cationic polyelectrolyte (polycation), complexes in KCl salt solutions have been examined over a wide range of length scales from nanometer to micrometer using a combination of ultra-small-angle neutron scattering technique and fluorescence microscopy. We found hierarchical condensation of actin/polycation complex composed of a superbundle of 10 micrometer, protobundle of 100 nanometer, and protofilament (F-actin) of nanometer. These structures are largely influenced by salt concentrations. With increase of salt concentration superbundle structure changes from globular to extended states, simultaneously, the regularity of F-actin inside the protobundle increased and protobundle size increased about ten times larger. Further increase of salt concentration brings the protobundle disassemble to single F-actin.