ナノ医療および生物療法発見ジャーナル
オープンアクセス

概要

ナノメディシンとドラッグデリバリー：ガス環境チャンバーを用いた水和ミオシンフィラメントのミオシンヘッド回復とパワーストロークの電子顕微鏡による可視化と記録 - 杉 治夫 - 帝京大学、日本

杉 春雄

筋収縮におけるフィラメント滑り機構の画期的な発見から 50 年以上経ちましたが、ATP 加水分解と相まって、ミオシン頭部運動の分子メカニズムは、いまだに議論と推測の的となっています。ミオシン頭部運動、すなわちミオフィラメント滑りを研究する最も簡単な方法は、電子顕微鏡に取り付けられたガス環境チャンバー (EC) を使用して、水和した生きたミオシンフィラメントにおける ATP 誘発性ミオシン頭部運動を直接記録することかもしれません。EC は材料科学者によって無機化合物の化学反応のその場観察に長年使用されてきましたが、生きたミオシンフィラメントにおけるミオシン頭部運動の記録に EC を使用することに成功しているのは当グループだけです。私たちは、3 つの異なるモノクローナル抗体を介して金粒子 (直径 20 nm) を付着させることで、個々のミオシン頭部の位置をマークします。付着先は、以下のとおりです。ミオシンヘッドコンバータードメイン（COD）とミオシンヘッドレバーアームドメイン（LD）で。まず、アクチンフィラメントの非存在下でATP誘導性ミオシンヘッドの動きを記録し、ミオシンヘッドがミオシンフィラメントの中央の裸の領域から離れて移動することを発見しました。この発見は、ミオシンヘッドが平均振幅約7 nmでほぼ自由に動く条件下でのミオシンヘッド回復ストロークの初めての直接電子顕微鏡記録となります。多くの努力の後、2015年にアクチン-ミオシンフィラメント混合物でATP誘導性ミオシンヘッドパワーストロークを記録することに成功しました。限られた量のATPによって活性化できるミオシンヘッドの割合は限られているため、ミオシンヘッドは隣接するサルコメア構造を伸ばすことによってのみ動きます。つまり、名目上は等尺性です。ミオシンヘッドCADは標準イオン強度ではフィラメント軸と平行に動かなかったが、低イオン強度ではフィラメント軸と平行に動いた。これは単一筋繊維の生理学的実験と一致している。これらの結果は、ミオシンヘッドの動きが、すべての教科書に載っているスイングレバーアーム仮説の予測に必ずしも従わないことを示している。