運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性

真核生物 アクセス数：860
クサリケイソウの舞

種名:Bacillaria
AL-Museum　AL-Museum

細長いケイソウが多数側面でつながり、その連結面をずらすようにして、前後にうごく。 動きは結構早く、全体としては筏あるいは簾がのびたり縮んだり、画面いっぱいに乱舞するかのような光景がみられる。

AL-Museum

真核生物 アクセス数：290
助細胞による花粉管の誘引

種名:Torenia fournieri
名古屋大学 WPI-ITbM　東山哲也

花を咲かせる植物である被子植物は、進化の過程で、鞭毛ダイニンなど鞭毛をつくるための遺伝子を捨てた。このため、植物の精細胞は自ら泳ぐことはできない。その代わりに素早く、水の少ない環境でも精細胞を卵のある部分まで運ぶのが、花粉から伸び出す「花粉管」という細胞である。花粉管細胞は、精細胞をエンドサイトーシスで取り込んだ状態で運ぶ。花粉管がなぜ正確に卵の場所までたどり着けるのか？およそ140年にわたって探索されてきた花粉管誘引物質が、このムービーが示す、「トレニア」というユニークな植物を使って発見された。トレニアは卵組織が組織に包まれず露出しており、花粉管が卵組織の先端に正確に誘引される様子を直接観察することができる。卵細胞のとなりに2つある助細胞が花粉管誘引物質を分泌すること、そしてその誘引物質は約65アミノ酸からなるシステインに富む複数のペプチドであることが明らかとなり、ルアーと名付けられた。

Science, 293, 1480-1483, 2001
Nature, 458, 357-361, 2009

真核生物 アクセス数：192
マウス気管の繊毛

種名:Mus musculus
浜松医科大学　池上　浩司

マウスの気管で運動する繊毛。一つの細胞の表面に300本ほどが密集し、束になって運動する。運動の周波数は、10～20 Hz程度。束が規則的に“ウェーブ”を作り出しており、このような運動様式を「メタクローナルウェーブ」と呼ぶ。

Tubulin polyglutamylation is essential for airway ciliary function through the regulation of beating asymmetry [Proc Natl Acad Sci USA 107(23), 10490-10495, 2010]

分子・タンパク質 アクセス数：183
筋収縮中のアクチン結合ミオシン-II（クロスブリッジ）の動き

種名:Rabbit
大阪市立大学　片山栄作

　動画前半は従来の単純なレバーアーム首振り説に基づくミオシン・クロスブリッジ（頭部）の動きを示す。このような動きは、ATP結合の有無におけるミオシンの結晶構造の特徴、および、「張力発生中にモーター領域は動かない」との実験事実に基づいて想定された。パワーストロークは、ATP非結合状態においてアクチンと強く結合する硬直複合体中のミオシン（1DFK：レバーアームは伸展状態）と、ATPを結合しレバーアームが強く屈曲した構造（1DFL) の間の遷移である。アクチンに結合するモーター領域がアクチンに固定されればレバーアーム部分が動き、首を振ることになる。　 　動画後半は急速凍結レプリカ法により片山（文献1-2) が直接観察した電子顕微鏡画像から示唆されるミオシン頭部の動きを示し、われわれの解析(文献3-5)により存在が明らかになった新たな中間体の構造を含む。In vitroアクチン滑り運動中のミオシンの急速凍結レプリカ像は、動画前半にある従来の説では説明不可能なクロスブリッジの構造を示した（文献２）。われわれはその構造を説明できる新たな中間体を見出し（文献4）、その３次元構造を再構成した（文献4-5）。その新たな構造を含め、時分割化学架橋法による結果（文献6）を勘案することにより、観察結果の妥当な解釈が可能となった（文献5）。クロスブリッジ・サイクル過程の大部分で新たなコンフォメーションを取っていることが想定される。 [文献] 1. Katayama E. The effects of various nucleotides on the structure of actin-attached myosin subfragment-1 studied by quick-freeze deep-etch electron microscopy. J Biochem. 1989 Nov;106(5):751-70. 2: Katayama E. Quick-freeze deep-etch electron microscopy of the actin-heavy meromyosin complex during the in vitro motility assay. J Mol Biol. 1998 May 1;278(2):349-67. 3: Katayama E, Ohmori G, Baba N. Three-dimensional image analysis of myosin head in function as captured by quick-freeze deep-etch replica electron microscopy. Adv Exp Med Biol. 1998;453:37-45. 4: Katayama E, Ichise N, Yaeguchi N, Yoshizawa T, Maruta S, Baba N. Three-dimensional structural analysis of individual myosin heads under various functional states. Adv Exp Med Biol. 2003;538:295-304. 5: Kimori Y, Baba N, Katayama E. Novel configuration of a myosin II transient intermediate analogue revealed by quick-freeze deep-etch replica electron microscopy. Biochem J. 2013 Feb 15;450(1):23-35. 6. Andreev OA, Reshetnyak YK. Mechanism of formation of actomyosin interface. J Mol Biol. 2007 Jan 19;365(3):551-4.

真核生物 アクセス数：156
Trypanosoma brucei bloodstream form

種名:Trypanosoma brucei
Institute of Cell Biology, University of Bern, Switzerland　Prof. Torsten Ochsenreiter

Trypanosoma brucei (Mitat1.1) is a single celled protozoan parasite that causes Human african trypanomiasis and Nagana in cattle. The movie is in slow motion the cells actually swim much faster. Images were captured by Dr. Torsten Ochsenreiter using a Zeiss Cell Observer Microscope (63x DIC objective) at the University of Georgia, Athens, USA.

原核生物 アクセス数：154
Myxococcus Xanthus gliding motility (on TPM Agar)

種名:Myxococcus Xanthus
Princeton University　Akeisha Belgrave

Myxococcus Xanthus gliding motility (on TPM Agar)

真核生物 アクセス数：144
ボルティケラ

種名:Vorticella sp.
東京都　水道局

長さは70～80μmくらい。体は釣鐘形をしており、俗称ツリガネ虫と呼ばれている。頂部に囲口部があり、その周囲に繊毛がある。尾部にミオネーム（筋糸）入りの柄を持ち、フロックに固着する。単独性で群生はしない。 生存環境が悪化した場合は、遊走子を形成する。柄の中のミオネームによる伸縮運動を行なう。囲口部の繊毛を動かして水流をおこし、細菌類を主に捕食している。遊走子は、後部にある繊毛を動かして、水中を速いスピードで遊泳する。和名はツリガネムシ。

微生物図鑑

真核生物 アクセス数：136
フィロディナ

種名:Philodina sp.
下水道局　東京都

大きさは300～1,000μmくらい。体は細長く、脚部は1本で、肢部に4本の趾がある。頭に二つの繊毛環があり、眼点は脳の上にある。ヒルのように伸び縮みしながら、フロック間を移動する。また、フロックが小さくなると繊毛を回して泳ぎ回ることがある。頭部の繊毛を動かして、小形の鞭毛類や細菌類を摂食する。頭部の繊毛環を体内に引き込むことができる。

微生物図鑑

原核生物 アクセス数：136
Swimming Rhodobacter spheroids (1)

種名:Rhodobacter spheroids
ハーバード大学　ハワード・バーグ先生からの提供動画

Rhodobacter spheroids のべん毛による遊泳

Armitage, J.P. and Schmitt, R. Bacterial chemotaxis: Rhodobacter spheroides and Sinorhizobium meliloti -- variations on a theme? Microbiology 143, 3671-3682 (1997).

原核生物 アクセス数：136
戦車のような仕組みで動くバクテリア 3

種名:Flavobacterium johnsoniae
学習院大学　中根大介

バクテロイデテスに属する土壌細菌Flavobacterium johnsoniae は，ガラスや寒天などの固形物表面上で，前進・後進・反転・回転する，複雑な運動をおこないます．この動きは何十年も前に見つかっていましたが，詳細な運動メカニズムは全く分かっていませんでした．最近，私たちは，一見，複雑に見える上記の運動様式が，実は，簡単な２つの要素によって生じることを示しました．１．表面タンパク質が，左巻きらせんのループに沿って外膜上を動き回ること，２．表面タンパク質が，固形物表面との接着力を変えること，です．これは，戦車の走行装置である『無限軌道』とよく似ています．

Helical flow of surface protein required for bacterial gliding motility. (PNAS, 110, 11145-11150)
Bidirectional bacterial gliding motility powered by the collective transport of cell surface proteins. Phys. Rev. Lett. 111, 248102