時分割測定を用いたチャネルロドプシンの開状態遷移メカニズムの解明

• Project/Area Number: 18J21256
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小田 和正 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: チャネルロドプシン / 時分割結晶構造解析 / C1C2 / Channelrhodopsin / 時分割構造解析 / 構造生物学 / Chrimson

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、光駆動型カチオンチャネルであるチャネルロドプシンの構造変化及び吸収波長の変化の分子基盤を、タンパク質の立体構造解析を通して解明することである。本年度は、過去の実施した時分割結晶構造解析による構造変化の実験結果を論文にまとめあげた。本論文は世界で初めてチャネルロドプシンの構造変化を原子分解能レベルで捉え、チャネルロドプシンが初期状態から陽イオンを輸送できるようになる分子基盤を解明することに初めて成功した極めてインパクトが大きい論文であると言える。本論文は最終的にeLife誌に受理された。加えて、本年度はアミノ酸輸送体である膜タンパク質複合体xCT-CD98hcの立体構造解析を行った。xCT-CD98hc複合体は、グルタミン酸を排出しシスチンを取り込むアンチトランスポーターである。シスチンはがん細胞が成長するために必要であり、がん細胞に多く発現しているxCT-CD98hc複合体はがん治療薬のターゲットとして注目を集めている。この複合体の立体構造解析を行い、シスチンの取り組み機構を解明することはがん治療薬の開発に貢献できるものと考えられる。立体構造解析にはクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析を使用し、最終的に分解能6.2Aでの構造決定に至った。本研究の結果を論文にまとめあげ、Protein Science誌に報告することに成功した。本論文の結果は今後のがん治療薬の研究に貢献できるものであると考えている。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Humboldt-Universit(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Humboldt-Universitat zu Berlin(ドイツ)
• [Journal Article] Time-resolved serial femtosecond crystallography reveals early structural changes in channelrhodopsin (2021)
  • Author(s): Oda Kazumasa、Nomura Takashi、Nakane Takanori、Yamashita Keitaro、Inoue Keiichi、Ito Shota、Vierock Johannes、Hirata Kunio、Maturana Andres D、Katayama Kota、( 32 authers )、Kandori Hideki、Hegemann Peter、Iwata So、Kubo Minoru、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: 1-21
  • DOI: 10.7554/elife.62389
  • NAID: 120006996980
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Consensus mutagenesis approach improves the thermal stability of system xc- transporter, xCT, and enables cryo‐EM analyses (2020)
  • Author(s): Oda Kazumasa、Lee Yongchan、Wiriyasermkul Pattama、Tanaka Yoko、Takemoto Mizuki、Yamashita Keitaro、Nagamori Shushi、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • Journal Title: Protein Science Volume: 29 Issue: 12 Pages: 2398-2407
  • DOI: 10.1002/pro.3966
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal structure of the red light-activated channelrhodopsin Chrimson (2018)
  • Author(s): Oda Kazumasa、Vierock Johannes、Oishi Satomi、Rodriguez-Rozada Silvia、Taniguchi Reiya、Yamashita Keitaro、Wiegert J. Simon、Nishizawa Tomohiro、Hegemann Peter、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3949-3949
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06421-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] X線自由電子レーザーによるチャネルロドプシンの時分割構造解析 (2019)
  • Author(s): 小田和正
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] X線自由電子レーザーによるチャネルロドプシンの時分割構造解析 (2019)
  • Author(s): 小田和正
  • Organizer: 日本結晶学会 令和元年（2019年）度年会
• [Remarks] X線自由電子レーザーで捉えた、光照射によるチャネルロドプシンの 構造変化の過程
  • URL: https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2021/7284/