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光駆動ナトリウムポンプの分子メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 15J06631
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

加藤 善隆  名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords光化学 / ナトリウム / プロトン / ポンプ / 分光 / タンパク質 / イオン選択性 / 光遺伝学
Outline of Annual Research Achievements

光駆動ナトリウムポンプKR2は、ナトリウムを細胞質側から細胞外側へと一方向に輸送する。これまでの研究で、KR2は細胞外側にナトリウム結合サイトを持つことがわかっていたが、その役割についてははっきりと分かっていなかった。私達はアムステルダム自由大学(オランダ)・John T. M. Kennis教授のグループと共同で、フェムト-サブミリ秒誘導ラマン分光法を用いて光反応ダイナミクスを調べることで、ナトリウム結合サイトに関する新たな知見を得ることに成功した。細胞外側にナトリウムが結合していない状態では、ピコ-マイクロ秒領域に観測されるK/LおよびL/M中間体の平衡がL中間体側に偏ることが明らかにり、一方で、輸送するイオンの種類はこの時間領域の光反応ダイナミクスに影響を与えないことが明らかになった。本研究成果はPhysical Chemistry Chemical Physicsに掲載されている(第4著者)。
また、新たなイオンポンプ「光駆動内向きプロトンポンプ」について報告した。これまでに見つかっていた外向きプロトンポンプとの比較により、イオン輸送の方向性について研究を行なっている。我々は、海洋性細菌Parvularcula oceaniの遺伝子上から発見された3つの新たなロドプシンに対して、発現確認と機能測定を行ない、その内の1つが光駆動内向きプロトンポンプの機能をもつことを明らかにした。さらに、この光駆動内向きプロトンポンプPoXeRに対して各種分光測定を行ない、その性質と機能メカニズムの一端を明らかにした。成果はNature Communicationsに掲載されている(第3著者)。イオン輸送の方向性制御機構の解明は、光駆動ポンプの研究における重要な課題の一つである。今後、ナトリウムポンプのメカニズム研究・機能改変への波及が期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] VU University Amsterdam(オランダ)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Universita di Siena(Italy)

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  • [Int'l Joint Research] Bowling Green State University(米国)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] A natural light-driven inward proton pump2016

    • Author(s)
      Keiichi Inoue, Shota Ito, Yoshitaka Kato, Yurika Nomura, Mikihiro Shibata, Takayuki Uchihashi, Satoshi P. Tsunoda and Hideki Kandori
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 13415-13415

    • DOI

      10.1038/ncomms13415

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] "Toward automatic rhodopsin modeling as a tool for high-throughput computational photobiology"2016

    • Author(s)
      F. Melaccio, M. del Carmen Marin, A. Valentini, F. Montisci, S. Rinaldi, M. Cherubini, X. Yang, Y. Kato, M. Stenrup, Y. Orozco-Gonzalez, N. Ferre, H. L. Luk, H. Kandori, M. Olivucci*
    • Journal Title

      J.Chem. Theory Comput.

      Volume: 12 Issue: 12 Pages: 6020-6034

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.6b00367

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] "Primary photocycle of Na+ pump rhodopsin probed by baseline-free femto- to submillisecond stimulated Raman spectroscopy"2016

    • Author(s)
      Y. Hontani, K. Inoue, M. Kloz, Y. Kato, H. Kandori, J. T. M. Kennis*
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 18 Issue: 35 Pages: 24729-24736

    • DOI

      10.1039/c6cp05240a

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mutant of a light-driven sodium ion pump can transport cesium ions2016

    • Author(s)
      M. Konno, Y. Kato, H. E. Kato, K. Inoue, O. Nureki, H. Kandori*
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 51-55

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b02385

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Kinetic analysis of H+-Na+ selectivity in a light-driven Na+-pumping rhodopsin2015

    • Author(s)
      Y. Kato , K. Inoue, H. Kandori*
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: 6 Issue: 24 Pages: 5111-5115

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b02371

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump2015

    • Author(s)
      H. E. Kato, K. Inoue, R. Abe-Yoshizumi, Y. Kato, H. Ono, M. Konno, S. Hososhima, T. Ishizuka, M. R. Hoque, H. Kunitomo, J. Ito, S. Yoshizawa, K. Yamashita, M. Takemoto, T. Nishizawa, R. Taniguchi, K. Kogure, A. D. Maturana, Y. Iino, H. Yawo, R. Ishitani, H. Kandori*, O. Nureki*
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 未定 Issue: 7550 Pages: 48-53

    • DOI

      10.1038/nature14322

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 光駆動内向きプロトンポンプにおける輸送ダイナミクスの研究2016

    • Author(s)
      加藤善隆、井上圭一、神取秀樹
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会 第42回討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2016-12-19
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Microbial rhodopsins with unique photoreaction2016

    • Author(s)
      Yoshitaka Kato, Keiichi Inoue, Shota Ito, Satoshi Tsunoda, Yurika Nomura, Hideki Kandori
    • Organizer
      The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • Place of Presentation
      Tsukuba, Japan
    • Year and Date
      2016-11-25
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光駆動ナトリウムポンプのH+-Na+選択性の過渡吸収測定による解析2016

    • Author(s)
      加藤善隆、井上圭一、神取秀樹
    • Organizer
      日本生物物理学会中部支部講演会
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2016-02-29
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Na+ポンプ型ロドプシンKR2のH+‐Na+選択性2015

    • Author(s)
      加藤善隆、井上圭一、吉住玲、神取秀樹
    • Organizer
      新学術領域研究「柔らかな分子系」第11回ワークショップ「光駆動ナトリウムポンプからタンパク質の柔らかさと機能のつながりを考える」
    • Place of Presentation
      犬山
    • Year and Date
      2015-10-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 光駆動ナトリウムポンプの速度論的研究2015

    • Author(s)
      加藤善隆、井上圭一、吉住玲、神取秀樹
    • Organizer
      第9回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      大岡山
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Ion uptake mechanism of a light-driven Na+-H+ pump, KR22015

    • Author(s)
      Yoshitaka Kato, Keiichi Inoue, Rei Abe-Yoshizumi, Hideki Kandori
    • Organizer
      The 53rd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanisms of two different function on KR22015

    • Author(s)
      Yoshitaka Kato, Keiichi Inoue, Rei Abe-Yoshizumi, Yuichi Hashimoto, Hideki Kandori
    • Organizer
      10th EBSA European Biophysics Congress
    • Place of Presentation
      Dresden, Germany
    • Year and Date
      2015-07-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Kinetic analysis of the ion-uptake mechanism in light-driven Na+ pump, KR22015

    • Author(s)
      Yoshitaka Kato, Keiichi Inoue, Rei Abe-Yoshizumi, Hideki Kandori
    • Organizer
      KAKENHI International Symposium on "Studying the Function of Soft Molecular Systems"
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2015-07-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 光によってナトリウムイオンを細胞外へと運び出す仕組の解明

    • URL

      http://www.nitech.ac.jp/news/news/2015/3358.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 光でセシウムイオンを細胞から汲み出すタンパク質の創成に成功!

    • URL

      http://www.nitech.ac.jp/news/press/2015/4235.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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