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Architecture of photosensing organelle with PAC of 3D periodic structure

Research Project

Project/Area Number 19H03188
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Iwasaki Kenji  筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 教授 (20342751)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Keywordsクライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / ミドリムシ / 光センサー / フラビン / PAC / 天然結晶
Outline of Research at the Start

ミドリムシの遊走方向をコントロールする光センサーは1世紀来の謎だったが、2002年にその正体がフラビンタンパク質PACであることが報告された。PACは内部に有するアデニル酸シクラーゼを青色光で活性化させる。そのPACが三次元結晶状に並んで光センサー器官PFBを形成していることを申請者らは示してきた。なぜ天然で三次元結晶を作っているのか。本研究では、「素早い光応答を行うために局所的なcAMPの急激な濃度上昇を引き起こす三次元結晶が有効であった」という仮説をたて、その検証を行う。その過程で光センサー器官PFBの全体像を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The identity of the light sensor of Euglena was a mystery for nearly a century, but it was isolated and characterized in the 21st century by Dr. Watanabe and colleagues at SOKENDAI. The molecular structure of the molecule, which is responsible for the step-up photophobic response in the photophobic responses, was successfully elucidated at the atomic level in this Grant-in-Aid for Scientific Research(B). We succeeded in clarifying the N-terminal interaction site of the heterotetramer, which was particularly challenging. Taking advantage of the single-particle cryo-EM method, we improved the quality of the reconstructed structure of the region with significant density in the center of the tetramer by Focused classification. The interaction mode by the β-sheet was clarified without any additional data.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質による光センシングのメカニズムは様々だが、このミドリムシの光センサーは、青色光を受光すると、ATPから環状AMPを生成するアデニル酸シクラーゼという酵素活性機能を内包する。よって、この光センサーを遺伝的に細胞に導入できれば、人為的に青色光で細胞内の環状AMPの濃度を変化させることがきる。環状AMPは、主要な細胞内セカンドメッセンジャーであるので、細胞生物研究の強力なツールとなる可能性を秘めている。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Presentation (4 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡単粒子解析の利点と欠点2022

    • Author(s)
      岩崎憲治
    • Organizer
      2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡の利点を活かした構造解析2021

    • Author(s)
      岩崎憲治
    • Organizer
      第21回 多元物質科学研究所 研究発表会プログラム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 構造生物化学のこれからの課題2021

    • Author(s)
      岩崎憲治
    • Organizer
      東工大セミナ-
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡の特性を活かした構造解析2020

    • Author(s)
      岩崎憲治
    • Organizer
      筑波大学・東京理科大学 合同リトリート
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 岩崎研究室

    • URL

      https://www.tsukuiwaken.com

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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