発表のポイント

・DNA結合タンパク質のDNA上での動きを計測できる単分子蛍光顕微鏡の時間分解能をサブミリ秒に向上
・がん抑制タンパク質p53のDNAへの過渡的な結合中間体を発見
・p53がDNA上でジャンプすることを発見
・p53が、DNA結合ドメインをホップさせながら、DNA上を動く可能性を提案

概要

　DNA結合タンパク質は、細胞内にあるDNAの中から結合すべき標的部位を探索し、そこに結合して機能を発揮しています。この探索運動を明らかにするために、単分子蛍光顕微鏡を用いてその動きを追跡する方法が用いられています。しかし、測定の時間分解能（例えば、33ミリ秒）内に起こる素早い運動を計測することは困難でした。
　東北大学多元物質科学研究所の鎌形清人准教授らの研究グループは、単分子蛍光顕微鏡に、強力なレーザー光による臨界角の全反射照明とカメラの１次元検出を組み合わせることで、サブミリ秒の時間分解能を達成しました。この方法を用いてがん抑制タンパク質p53の挙動を観察したところ、DNAへの結合時に過渡的な中間体を経由することと、DNA上でのジャンプ運動を発見しました。さらに、p53は、DNA結合ドメインを結合・解離させながらDNA上を動く可能性が明らかになりました。本研究で提案したサブミリ秒分解単分子計測法は、DNA・蛋白質複合系の機能解析に役立つことが期待されます。
本研究成果は、2020年8月13日に英国科学誌Scientific Reports（オンライン版）に掲載されました。本研究は、科学研究費助成事業の支援を受けて、実施されました。
プレスリリース本文（PDF）

Fig.1 a）DNA結合タンパク質のDNA上での動きの単分子計測。b) DNA・タンパク質の複合系を対象としたサブミリ秒時間分解単分子蛍光顕微鏡。532 nmのレーザーでフローセル内のタンパク質を照明し、タンパク質から出る蛍光をカメラで検出します。ピンク枠は、今回改良した点を表しています。c) 全反射照明の模式図。入射角が臨界角を超えると、溶液とガラスの界面で、入射光が反射され、染み出し光が生じます。原著論文の図1, 2より転載しました。

論文情報：
“Transient binding and jumping dynamics of p53 along DNA revealed by sub-millisecond resolved single-molecule fluorescence tracking”
Dwiky Rendra Graha Subekti^1,2, Agato Murata^1,2, Yuji Itoh¹, Satoshi Takahashi^1,2, and Kiyoto Kamagata^1,2,*
1. 東北大学 多元物質科学研究所,　2. 東北大学大学院 理学研究科化学専攻
Scientific Reports 10, 13697 (2020)
DOI：10.1038/s41598-020-70763-y

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東北大学