Measurements of motions of actin by neutron spin-echo spectroscopy

中性子スピンエコー法によるアクチン分子の運動の測定

藤原 悟; 松本 富美子; 中川 洋   ; 遠藤 仁*; 小田 俊郎*

Fujiwara, Satoru; Matsumoto, Fumiko; Nakagawa, Hiroshi; Endo, Hitoshi*; Oda, Toshiro*

F-アクチンの細胞運動や輸送等にかかわる実に多様な機能を可能とするF-アクチンの柔らかさの起源を解明し、機能多様性の分子機構を明らかにするための第一段階として、さまざまな時空間階層における運動モードのうち、ピコナノ秒領域におけるアクチンのダイナミクスの測定を行った。東京大学物性研究所所有の中性子スピンエコー分光器(iNSE)を用いて、時間領域30ナノ秒までのQ-領域0.030.2の中性子スピンエコー測定を、F-アクチン溶液及びその対照としての単量体G-アクチン溶液のそれぞれについて行った。この時空間領域は、蛋白質の並進拡散や蛋白質内ドメインの運動などの起こる領域に対応し、中性子スピンエコー法によってのみ測定可能な時空領域である。得られた中間関数から、F-アクチン及びG-アクチンのいずれも単一の緩和過程で記述できることが示された。そして、緩和の早さ、すなわち(みかけの)拡散係数がF-アクチンの方が小さくなることが明らかとなった。G-アクチン及びF-アクチンのいずれも、単純な溶液中の自由併進拡散のみでなく、内部運動が影響していることが示唆された。

A variety of functions of F-actin related to cell motility arises from flexibility of F-actin that makes interactions with various actin-binding proteins possible. To understand flexibility of F-actin and thereby its multiple functions, it is important to understand dynamic properties of F-actin. As one of the ongoing projects towards this ultimate purpose, we employed neutron spin-echo (NSE) spectroscopy to investigate the motions of F-actin on pico-to-nanosecond timescales and nm spatial scales. We carried out the NSE experiments of F-actin and G-actin with the instrument, iNSE, run by the Institute for Solid State Physics, the University of Tokyo. It was shown that the motions of F-actin and G-actin on nano-scales were described by single relaxation processes, and the motions of F-actin were slower than those of G-actin. Diffusion constants obtained suggested the effects of internal motions of the actin-protomers.