214 研究系及び研究施設の現状
木 下 一 彦（教授） （相関分子科学第一研究部門兼務）
＊）
A -1)専門領域：生物物理学
A -2)研究課題：
a) 一分子生理学の立ち上げ：一個の分子機械の機能と構造変化の直接観察
A -3)研究活動の概略と主な成果
a) たんぱく質ないし R NA でできた分子機械はたった一分子で見事な機能を発揮する。その仕掛けを探ることが我々 の研究目標である。分子機械は確率的に働く（次の瞬間に何をするかをサイコロを振って決める）ため，複数の分子 機械の動きを同期させることができない。したがって，どうしても個々の分子機械の働く所を直接観察し，必要なら １個１個の分子機械を直接操作する必要がある。我々は，光学顕微鏡の下で，「生きた」分子機械を相手に解析を続け ている。主な成果として，① R NA 合成酵素が D NA の遺伝情報を読みとる際，らせん状の D NA の溝に沿って D NA を 回転させながら D NA を引きこんでいくことが分かった。②回転分子モーター F1-A T Paseの回転が 90 度と 30 度のス テップからなることを発見，それぞれがA T P結合と加水分解産物の解離により駆動されることを示し，回転機構お よび逆回転によるA T P合成の仕掛けに関する重要なヒントを得た。③同モーターの回転機構はたんぱく質分子内に プログラムされており，ヌクレオチドはこの機構を駆動できるものとできないものに２分される。④同モーターは， 90 度ステップを終えた地点付近で休止状態に陥りやすい。
B -1) 学術論文
Y. HARADA, O. OHARA, A. TAKATSUKI, H. ITOH, N. SHIMAMOTO and K. KINOSITA, Jr., “Direct Observation of DNA Rotation during Transcription by Escherichia coli RNA Polymerase,” Nature 409, 113 (2001).
R. YASUDA, H. NOJI, M. YOSHIDA, K. KINOSITA, Jr. and H. ITOH, “Resolution of Distinct Rotational Substeps by Submillisecond Kinetic Analysis of F1-ATPase,” Nature 410, 898 (2001).
H. NOJI, D. BALD, R. YASUDA, H. ITOH, M. YOSHIDA and K. KINOSITA, Jr., “Purine But Not Pyrimidine Nucleotides Support Rotation of F1-ATPase,” J. Biol. Chem. 276, 25480 (2001).
Y. HIRONO-HARA, H. NOJI, M. NISHIURA, E. MUNEYUKI, K. HARA, R. YASUDA, K. KINOSITA, Jr. and M. YOSHIDA, “Pause and Rotation of F1-ATPase during Catalysis,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 13649 (2001).
B -3) 総説、著書
S. ISHIWATA, J. TADASHIGE, I. MASUI, T. NISHIZAKA and K. KINOSITA, Jr., “Microscopic Analysis of Polymerization and Fragmentation of Individual Actin Filaments,” in Results and Problems in Cell Differentiation, Vol.32: Molecular Interactions of Actin, C. dos Remedios, Ed., Springer-Verlag, 79-84 (2001).
木下一彦、小林 剛、中田千枝子、楠見明弘 , 「巻頭座談会：１分子細胞生物学の魅力を語る」, 細胞工学 20, 638-655 (2001).
研究系及び研究施設の現状 215 B -4) 招待講演
K. KINOSITA, Jr., “Optical Imaging of Rotary Molecular Motors,” 221st ACS National Meeting: Optical Studies of Single Molecules and Molecular Assemblies in Chemical Physics and Biophysics, San Diego (U. S. A. ), April 2001.
K. KINOSITA, Jr., “How an ATP-Driven Molecular Machine May Work,” Fifth Membrane Research Forum, Nagoya (Japan), June 2001.
木下一彦 , 「たんぱく質１分子でできた回転モーター」, 第 24回日本バイオレオロジー学会 , 横浜 , 2001 年 6 月 .
K. KINOSITA, Jr., “F1-ATPase: A Rotary Stepper Motor,” 2001 Gordon Research Conference: Molecular Cell Biology, Tilton (U. S. A. ), June 2001.
K. KINOSITA, Jr., “Single-Molecule Physiology under an Optical Microscope,” 4th International Conference on Biological Physics, Kyoto (Japan), August 2001.
K. KINOSITA, Jr., “Mechanism of Stepping Rotation of F1-ATPase,” International Symposium on Biophotonics, Wisconsin (U. S. A. ), August 2001.
K. KINOSITA, Jr., “Stepping Rotation of F1-ATPase: How an ATP-Driven Molecular Machine May Work,” 34th International Union of Physiological Sciences, Christchurch (New Zealand), August 2001.
木下一彦 , 「一分子生理学―光学顕微鏡下で分子機械の働きを探る」, 第 16回生体機能関連化学シンポジウム, 東京 , 2001年 9 月 .
K. KINOSITA, Jr., “Stepping Rotation of F1-ATPase: How an ATP-Driven Molecular Machine May Work,” The German Biophysical Society Annual Meeting and NanoBioTec Congress, Muenster (Germany), September 2001.
木下一彦 , 「A T P 駆動の分子機械の動作機構を一分子生理学で探る」, 第 74回日本生化学会大会 , 京都 , 2001年 10月 . 木下一彦, 「タンパク質１分子でできた回転モーター：化学・力学エネルギー変換の仕組み」, 第23回生体膜と薬物の相互 作用シンポジウム, 熊本 , 2001 年 11月 .
K. KINOSITA, Jr., “Stepping Rotation of Single F1-ATPase Molecules: How a Molecular Machine May Work,” Rockefeller University Friday Lecture, New York (U. S. A. ), November 2001.
K. KINOSITA, Jr., “Single-Molecule Physiology under an Optical Microscope: How Molecular Machines May Work,” The 9th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy, Atagawa (Japan), December 2001.
B -6) 学会および社会的活動 学会の組織委員
日本生物物理学会副会長 (2000-2001). 日本細胞生物学会評議委員 (1999- ).
AAAS (American Association for the Advancement of Science) Fellow (2001- ).
文部科学省、学術振興会等の役員等 日本学術会議生物物理学研連委員 .
B -7) 他大学での講義、客員
慶應義塾大学理工学部 , 客員教授 , 「生物物理学」, 2001年 4 月 -. 東京大学医学部 , 非常勤講師 , 2001年 4月 -.
216 研究系及び研究施設の現状
早稲田大学理工学部 , 客員非常勤講師「総合生命理工学特論」, 2001 年 9月 -.
C ) 研究活動の課題と展望
現状の一分子生理学は，努力・才能だけでは成果が保証されず，幸運にも恵まれないといけない。努力すれば報われるよう， 試行錯誤の部分を「技術」と呼べるレベルまで引き上げたいものである。
＊）2001年 4 月 1日着任
