酵素型ロドプシン：光でON-OFFする酵素が描く新しい微生物の生き様

• Project/Area Number: 21K19134
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉澤 晋 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00553108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 英明 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (80805961)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: ロドプシン / 光受容体 / トランスクリプトーム / 海洋微生物 / 光受容 / 真核微生物

Outline of Research at the Start

非光合成または眼点を持たない真核微生物の光利用はこれまでなおざりにされてきた。し かしながら、これまでの研究から想像を超える数の酵素型ロドプシンが見つかったことで、従来は光を感知しないと考えられてきた微生物群が“光を感じ・利用している”可能性が示された。原核微生物のロドプシンは異種発現系や解析手法が既に確立しているが、真核微生物の持つ酵素型ロドプシンは解析例も少なく、異種発現や解析手法は未だ発展途上の段階にある。本研究では、異種発現系や真核微生物の培養条件の検討などを行い、酵素型ロドプシン研究の基盤を整えることで、本遺伝子の遺伝的多様性及び生物学的役割を解明したいと考えている。

Outline of Annual Research Achievements

微生物は“光”をどのような機構で受け取り、どのように利用しているのか？近年、数個体の真核微生物ゲノムから光受容体(ロドプシン)と酵素が融合したタンパク質が見つかり、光に応じて酵素活性をON-OFFすることが明らかになった。しかしながら、酵素型ロドプシンの遺伝的多様性や微生物への分布のみならず、機構発現メカニズムも未解明である。本研究では、真核微生物トランスクリプトームの情報解析、機能ドメインの機能予測、異種発現系を用いた機能解析などを駆使することで、酵素型ロドプシンの生物学的役割を解き明かすことを目的とする。

本年度（2022年度）は昨年度に実施したロドプシン以外の機能ドメインがORFに含まれる配列の、機能部分に注目した情報解析を引き続き実施した。1stスクリーニングでは、微生物型ロドプシン配列の約2%が機能ドメインを持つ何らかの酵素型ロドプシンである可能性が示唆されたが、各配列を詳細に調べると以下の事柄が明らかになった。1. 酵素型ロドプシンの可能性のある配列は、主に真核微生物のトランスクリプトームデータから見つかった。2. 機能ドメイン予測から推定された機能遺伝子の断片配列しか含まない配列が多数存在した。3. レチナールと結合するアミノ酸部位が保存されていない配列が多数存在した。
今後の研究では、ロドプシンおよび機能ドメインの全長配列を含むORFであり、かつレチナールと結合する部位が保存されている配列に対象を絞って解析を実施する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度で検出できた酵素型ロドプシン候補配列の配列情報を詳しく調べた結果、機能ドメイン部分に全長配列を含まない配列が多数見つかった。おそらくアセンブルミスなどの人為的な影響でロドプシンのORFに別の機能遺伝子が混入した可能性が考えられた。人為的なミスによって混入された配列を選別するのに時間を要したため、若干進展に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究で、アセンブルミスによる機能ドメインの混入の可能性が示された。今後の研究では、人為的影響を受けていない配列を選別し、その塩基配列を全合成し異種発現を行うことで機能ドメインタンパク質の光依存性の確認を実施する予定である。また、今後も継続して酵素型ロドプシンを保有する真核微生物の分離培養も実施する予定である。