1.神経細胞の軸索内に代表されるように、細胞内では物質は単なる拡散現象だけで運ばれているのではなく、モーター分子をがactiveに物質輸送していることが明らかとなってきている。このモーター分子の中でもキネシンを初めとするそのスーパーファミリー蛋白(KIFs)には、非常に多種類の蛋白質があり、それぞれが異なった働きをしているのではないかと考えられる。しかし、そのような多様な分子ではあるが、実際のモーター活性を持っているドメインは分子間で非常に良く保存されており、その活性機序の理解は非常に重要であると考えられてきている。

　1.キネシンはkinesin heavy chain,kineisn light chainがヘテロに結合したダンベルの様な形をした分子である。このうち、N末端に340アミノ酸からなるKIFsに共通のモータードメインを有している。このモータードメインはATPの加水分解によって得られるエネルギーを使うことで、そのトラックである微小管の上を微小管のプラス端に向かって動いていく。

　1.微小管はとの2種類のお互いに非常に良く似たチュブリン分子が重合することでできる直径22nm程度の管状のポリマーである。チュブリン分子は、まず、チュブリンが1つずつでダイマーを形成し、それが縦に連なって、プロトフィラメントを作り、プロトフィラメントが13本束になって微小管となっている。微小管内では、チュブリンモノマーはとを区別しなければ、一回りでチュブリンモノマー3つ分上がるような構造になっている。

　1.以上の結果から、微小管は上の図のモデルに示すような継ぎ目を持った構造であることが明らかになった。またこれによって、キネシンは微小管のプロトフィラメントとプロトフィラメントの間に結合しているのではなく、プロトフィラメント1本1本に結合していることも示唆された。

図表

　2.上の図(左が微小管、右がキネシン微小管複合体)に示すように微小管のプロトフィラメントの外側は長軸方向にスムーズである。

　3.右側のキネシン微小管複合体の3次元像から、キネシンは微小管の1本のプロトフィラメントに結合しているであろうことが示唆されていたが、この実験により、キネシンは微小管のプロトフィラメントの土手の部分に結合していることが明らかとなった。キネシンが微小管のプロトフィラメントに沿って運動することが以前からわかっていたので、これから、微小管上の土手の部分がキネシンの通り道になっているのではないかということが示唆された。

　1.キネシンの実際の動きのメカニズムを解明するためにはキネシンがATPを分解する過程でどのような構造変化を起こすのかを観察しなければならない。このATPを分解する過程を模倣する意味で、いろいろなヌクレオチドの存在下で、微小管キネシン頭部複合体の構造を、クライオ電子顕微鏡で観察した。ヌクレオチドとしてはAMP-PNP,ADP+フッ化アルミニウム、ADP+りん酸、ADPを用いて観察を行った。

図表

　2.上の図に示すように、キネシン頭部の構造は、AMP-PNP及びADP/AIFの場合と、ADP/Pi及びADPの場合で大きく異なったものになった。前者はstrong bindingの状態に相当し、後者はweak bindingの状態に相当すると考えられる。

　1.この結果は、やはり生体内の分子モーターであるミオシンと比べると大きく異なった結果である。つまり、ミオシンの場合ではweak bindingではそのトラックから離れて電子顕微鏡では観察できなくなってしまうが、キネシンの場合ではweak bindingに相当する場合でも、微小管の周辺に存在しているのである。このことが、1分子でも輸送することのできるキネシンの性質を支えているのではないかと考えられる。

　2.X線結晶解析によって、キネシン頭部のADP結合型の形は球状の形であることが既にわかっている。今回のADP/Pi及びADPの場合の像は、それとは異なって、微小管のプロトフィラメントに沿って、縦に伸びた形となっている。電子顕微鏡の画像から、得られる像は必然的に多くのキネシンの像の平均像であるので、今回の像の解釈としては、キネシン頭部自体が構造変化を起こしているのではなく、weak binding stateになると、微小管上のプロトフィラメントに沿っていればいろいろなところに結合できるようになることを示唆しているのではないかと考えられる。例えば、strong bindingの状態であれば、チュブリンにのみ結合するが、weak bindingではチュブリンにも結合するようであれば、今回の像はうまく説明することができる。

　3.以上の実験結果から、キネシン頭部の微小管への結合の仕方の変化によって動きが説明できるのではないかと考えられるが、実際にどのように動いているかについては更なる研究が必要である。