Comprehensive understanding of functional expression mechanism and functional improvement of rhodopsins

Planned Research

Project Area	Generative design to unlock the potential of protein function
Project/Area Number	24H02268
Research Category	Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Transformative Research Areas, Section (II)
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	井上圭一東京大学, 物性研究所, 准教授 (90467001)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	藤本和宏名古屋大学, 理学研究科(WPI), 特任准教授 (00511255)
Project Period (FY)	2024-04-01 – 2029-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥91,910,000 (Direct Cost: ¥70,700,000、Indirect Cost: ¥21,210,000) Fiscal Year 2025: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000) Fiscal Year 2024: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Keywords	ロドプシン / レチナール / 分子ツール開発
Outline of Research at the Start	微生物の持つ光受容膜タンパク質である微生物ロドプシンは、近年オプトジェネティクスや遺伝学的膜電位イメージングにおいて、広汎に用いられている。しかし、イオン輸送能や応答速度、蛍光量子収率など、多くの点において十分な分子性能が達成されておらず、適用できる範囲において大きな制限がある。そこで本研究では、微生物ロドプシンの光反応のコアであるレチナール色素に着目し、その構造変化ダイナミクスや電子状態、さらに分子機能との連関を、分光学的、構造生物学的および計算化学的観点から詳細に明らかにする。そして、それらの知見を基盤とした生成的な計算化学的分子デザインによる高性能な新規ロドプシンの設計指針を得る。