| Project/Area Number |
21H02446
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (10452202)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | ロドプシン / 光 / 生物物理 / オプトジェネティクス / エネルギー変換 |
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| Outline of Research at the Start |
ロドプシンは、多様な生物に存在する光受容膜タンパク質の総称で、生命における光依存的機能を司るとともに、人為的な光操作（オプトジェネティクス）分子として利用されている。
本研究は、ロドプシンとは何か？という根源的な問いに答えるため、「ロドプシン基底関数（x1a1 + x2a2 + … xiai）の理解と利用」を目的とする。具体的には、多様なロドプシンの①探索と②解析を行い、機能や物性を定量的に比較することで、基底ベクトル：x1, x2, … xi を算出し、ロドプシンの素因子を明らかにする。加えて、係数 a1, a2, …ai を算出し、合理的分子設計と新奇光操作ツール開発を行う（③操作）。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロドプシンは、多様な生物に存在する光受容膜タンパク質の総称で、生命における光依存的機能を司るとともに、人為的な光操作（オプトジェネティクス）分子として利用されている。
本研究は、ロドプシンとは何か？という根源的な問いに答えるため、「ロドプシン基底関数（x1a1 + x2a2 + … xiai）の理解と利用」を目的としている。
本年度は、昨年度に引き続き、これまでに培ってきた技術（生物物理学，遺伝子工学，タンパク質科学，分光学，光遺伝学，生化学，神経科学，細胞生物学）と人的資源（研究協力者）を総動員し、「①探索、②解析、③操作」の3項目の研究に取り組んだ。
具体的には、数百種類の未解析ロドプシンの発現・精製（①探索）と精密解析（②解析）を行い、既知情報とあわせて、ロドプシン間の機能や物性を定量的かつ様々な観点から比較した。これにより、基底ベクトル：x1, x2, … xi を算出し、ロドプシンを定義する素因子を明らかにした【例：x1 = 波長、x2 = 機能、x3 = 発色団、.... 】（理解）。ここでは、係数を表す a1, a2, …ai もあわせて算出した。以上より、ロドプシンとは何かの理解と分類に大きな進展がみられた。また、あわせてロドプシンの拡張要素を炙り出すことに成功し、その情報からロドプシン分子の合理的分子設計と新奇光操作ツール開発および開発したツールによる生命機能の光操作を実現した（③操作）【例：a1 = 青・緑・赤（色パレット）、a2 = イオン輸送・走光性能、a3 = レチナール＋第二発色団カロテノイド、.... 】（利用）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
多様なロドプシンの①探索・②解析・③操作でインパクトのある成果をあげており、これまでに、13報の原著論文（JACS誌1報，eLife誌1報，Nat. Commun.誌1報, Sci. Rep.2報, Protein. Sci. 1報（Highlighted in this issue）等）と10報の総説・解説論文（RSC Adv., Biophys. Physicobiol., Chem. Pharm. Bull. 等）を発表している。加えて、社会実装を視野に、複数の特許出願（国内2件、国外2件）を行った。これらの成果は、研究代表者および研究協力者の各種受賞（蛋白質科学会若手奨励賞、リバネス研究アワード等）にもつながった。未発表のデータの取得も順調に進んでおり、5報程度を準備中である。ロドプシンの本質にせまる重要な成果をあげており、本研究は、研究目的にてらして、当初の計画以上に順調に進んでいるものと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、計画以上に進展しており、今後とも引き続き多様なロドプシンの①探索・②解析・③操作を進める。投稿中・準備中の成果についても、順次成果として発表できるように注力する。また、教育的な観点から、研究協力者の積極的な学会発表や各種賞への応募を推進する。
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