レチナールタンパク質の生物物理化学的解析

• Project/Area Number: 13F03076
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 阿波賀 邦夫 (2014) 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772); 須藤 雄気 (2013) 名古屋大学, 大学院理学研究科, 准教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): REISSIG Louisa 名古屋大学, 理学研究科, 外国人特別研究員 ; DALGLEISH Louisa 名古屋大学, 大学院理学研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: レチナールタンパク質 / ロドプシンタンパク質TR / 有機エレクトロニクス / 光反応 / 光遺伝学 / 分光法

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究により超好熱菌から新しいレチナールタンパク質を発見し、サーモフィリックロドプシン・TRと命名している。この分子は、これまで見つかっているレチナールタンパク質の中で最も熱に対して安定な分子であった。この分子について、構造および構造変化を過渡吸収スペクトル（可視、赤外、ラマン、蛍光）によって追跡し、さらにNMR分光法を用いた発色団構造の決定に成功した。さらに今年度は、過渡光電流の発生が期待される ［電極１(M)｜電荷分離層(S)｜絶縁分極層(I)｜電極２(M’)］ なる構造をもつ光学セルにおいて、その安定作動の最適化を行った後に、電荷分離層を光活性生体物質とすることによってより、環境応答型の光応答を求めた。
［金属（M）|電荷分離層（S）|絶縁分極層（I）|金属（M’）］光電セルにおいて、絶縁分極層としてイオン液体（IL）を用いた系において、実用化に向けた検討を行った。この光電セルでは、界面電気二重層の形成による巨大電場によって電荷分離が促進されることが期待されている。近赤外外部に吸収をもつVOナフタロシアニンとC60の固溶体膜を電荷分離層とし、二つの電極を平行に同一基板上に配置したIL-MSIM光電セルの特性を調べところ、電気二重層の生成が電極間距離に依存しないことを利用し、電極間距離を7 mmに広げても過渡光電流を取り出せることが分かった。このように、透明電極を必要とせず、また電極の位置を厭わない柔軟性は、IL-MISM光電セル光検出器としての実用性を保証する。さらに、［M|S|I|M’］光電セルのM’電極を光ファイバーのジャケットとすることによって、On-tip型の光センサー構造を実現し、S層に生体物質を用い過渡光電流の検出に成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The key role of vibrational entropy in the phase transitions of dithiazolyl-based bistable magnetic materials (2014)
  • Author(s): S. Vela, F. Mota, M. Deumal, R. Suizu, Y. Shuku, A. Mizuno, K. Awaga, M. Shiga, J. J Novoa, & J. Ribas-Arino
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4411-4411
  • DOI: 10.1038/ncomms5411
  • NAID: 120006780790
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Monitoring the Solid-state Electrochemistry of Cu(2,7-AQDC) (AQDC=anthraquinone dicarboxylate) in a Lithium Battery: Coexistence of Metal and Ligand Redox Activities in a Metal-Organic Framework (2014)
  • Author(s): Z. Zhang, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: １３６（４６） Issue: 46 Pages: 16112-16115
  • DOI: 10.1021/ja508197w
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ambipolar Transport in Phase-Separated Thin Films of p- and n-Type Vanadylporphyrazines with Two-Dimensional Percolation (2014)
  • Author(s): C. Nanjo, T. Fujimoto, M. M. Matsushita, K. Awaga
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: １１８（２６） Issue: 26 Pages: 14142-14149
  • DOI: 10.1021/jp502056s
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The early steps in the photocycle of a photosensor protein sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2014)
  • Author(s): Sudo, Y., Mizuno, M., Wei, Z., Takeuchi S., Tahara. T., Mizutani. Y.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 118 Issue: 6 Pages: 1510-1518
  • DOI: 10.1021/jp4112662
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Color discriminating retinal configurations of sensory rhodopsin I by photo-irradiation solid state NMR spectroscopy. (2014)
  • Author(s): Yornoda, H., Makino, Y., Tomonaga, Y., Hidaka, T., Kawamura, I., Okitsu, T., Wada, A., Sudo, Y., Naito, A.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: (印刷中) Issue: 27 Pages: 7080-7084
  • DOI: 10.1002/ange.201309258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Large spectral change due to amide modes of a β-sheet upon the formation of an early photointermediate of middle rhodopsin (2013)
  • Author(s): Furutani, Y., Okitsu, T., Reissig, L., Mizuno, M., Homma, M., Wada, A., Mizutani, Y., Sudo, Y.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 117 Issue: 13 Pages: 3449-3458
  • DOI: 10.1021/jp308765t
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of the chromophore binding cavity in the 11-cis acceptable microbial rhodopsin MR (2013)
  • Author(s): Mori, A., Yagasaki, J., Homma, M., Reissig, L., Sudo, Y.
  • Journal Title: Chem. Phys. Volume: 419 Pages: 23-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A blue-shifted light-driven proton pump for neural silencing (2013)
  • Author(s): Sudo, Y., Okazaki, A., Ono, H., Yagasaki, J., Sugo, S., Kamiya, M., Reissig, L., Inoue, K., Ihara, K., Kandori, H., Takagi, S., Hayashi, S.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 288 Issue: 28 Pages: 20624-20632
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.475533
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal and spectroscopic characterization of a proton pumping rhodopsin from an extreme thermophile (2013)
  • Author(s): Tsukamoto, T., Inoue, K., Kandori, H., Sudo, Y.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 288 Issue: 30 Pages: 21581-21592
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.479394
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Towards biological photodetectors (2014)
  • Author(s): Louisa Reissg
  • Organizer: 16th Iinternational Conference on Retinal Proteins
  • Place of Presentation: Nagahama, Japan
  • Year and Date: 2014-10-05 – 2014-10-10
• [Presentation] Organic Transistors and Photocells Assisted by Ionic Liquids (2014)
  • Author(s): Kunio Awaga
  • Organizer: XXIII INTERNATIONAL MATERIALS RESEARCH CONGRESS 2014 (IMRC2014)
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-21
  • Invited
• [Presentation] Solid-State Properties of Organic Radicals: Fundamentals and Applications in Organic Electronics (2014)
  • Author(s): Kunio Awaga
  • Organizer: Gordon Research Conferences 2014
  • Place of Presentation: Lewiston, USA
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-08
  • Invited
• [Presentation] Photobiophysical chemistry : Whae should we learn from retinal proteins? (2014)
  • Author(s): Sudo, Y.
  • Organizer: iCeMS symposium on Mesoscopic Chemical Biology : Integrated Chemical-Physical Systems Towards Cell Control
  • Place of Presentation: 京都府京都市
  • Year and Date: 2014-02-02
  • Invited
• [Presentation] 微生物型レチナールタンパク質の非常識で未来を拓く (2013)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 分子科学研究所研究会
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市
  • Year and Date: 2013-11-19
  • Invited
• [Presentation] 光受容レチナールタンパク質の常識と非常識 (2013)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 東京工業大学第1回生体分子専攻・若手コロキウム
  • Place of Presentation: 神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2013-08-29
  • Invited
• [Presentation] 微生物型レチナールタンパク質の理解と利用 (2013)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 大阪市立大学セミナー
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市
  • Year and Date: 2013-06-04
  • Invited
• [Book] In : eLS : Citable Reviews in Life Sciences (2014)
  • Author(s): Tsukamoto, T, Sudo, Y.
  • Total Pages: 7
  • Publisher: John Wiley & Sons, Ltd : Chichester
• [Book] Biochim. Biophys. Acta (2014)
  • Author(s): Inoue, K., Tsukamoto, T., & ^*Sudo, Y.
  • Total Pages: 16
  • Publisher: Elsevier
• [Book] オプトジェネティクス～光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線～(分担執筆 : 第2章4節ロドプシンの波長制御と光情報変換機構) (2013)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Total Pages: 13
  • Publisher: NTS Inc.
• [Remarks] http://advmat.chem.nagoya-u.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 二次電池 (2015)
  • Inventor(s): 阿波賀邦夫,吉川浩史、張中岳
  • Industrial Property Rights Holder: 名古屋大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-03-04