光依存性ホスホジエステラーゼの酵素活性制御機構に関する構造的基盤の解明
| Project/Area Number |
19J13316
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
生田 達也 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | ロドプシン / Rh-PDE |
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| Outline of Research at the Start |
Rh-PDEは、ロドプシンとホスホジエステラーゼ（PDE）が融合した光応答タンパク質であり、光を受けるとcAMP/cGMPを加水分解する。これらの環状ヌクレオチドは、生体内ではGPCRの下流で二次メッセンジャーとして働く。そのため、環状ヌクレオチドを光照射によって制御することでGiタンパク質を模倣することができ、光遺伝学に応用が可能である。一方で、構成的活性が高いという問題点があり、そのままでは光遺伝学に応用ができないため、立体構造をもとに構成的活性を抑えた変異体を作ることが求められている。全長構造の構造解析によって、ロドプシン部位とPDEドメインの相互作用が解明されることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Rh-PDEは光依存性のホスホジエステラーゼであり、光を受容すると環状ヌクレオチドであるcAMPやcGMPを加水分解する。その性質から光遺伝学での応用が期待されているが、実際の応用には構成的活性が高いという問題がある。このRh-PDEの光依存性を解明し構成的活性を抑えることを目的として、Rh-PDEの立体構造の解析を行った。Rh-PDEはN末端側の膜貫通ドメインとC末端側の酵素ドメイン、それらを繋ぐリンカーから構成される。全長構造の決定を試みたが困難であったため、まずRh-PDEの膜貫通ドメインの構造解析を行い、2.6Å分解能での構造決定に成功した。全長構造をモデルするために、膜貫通ドメインにリンカー領域を加えた構造と、酵素ドメインにリンカー領域を加えた構造についても構造解析を行い、それぞれ3.5Åと2.1Å分解能での構造決定に成功した。リンカー領域の全体構造を決定できなかったため、リンカー領域を計算機を用いてモデリングを行った。また、Rh-PDEを高速AFMで観察した。これらの実験的に決定した３つの構造と計算機で構築したモデル、高速AFMで観察した像を踏まえ、Rh-PDEの全長構造モデルを提唱した。以上の結果ならびに変異体実験の結果をまとめた論文がNature Communications誌に受理され、出版された。現時点において、Rh-PDEの属する酵素型ロドプシンとして唯一の立体構造の報告論文となっている。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Structural insights into the mechanism of rhodopsin phosphodiesterase2020
Author(s)
Ikuta T, Shihoya W, Sugiura M, Yoshida K, Watari M, Tokano T, Yamashita K, Katayama K, Tsunoda SP, Uchihashi T, Kandori H and Nureki O.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 5605-5605
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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