二機能性タンパク質のダイナミックな構造と機能制御

Research Project

Project/Area Number	23K23852
Project/Area Number (Other)	22H02588 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 43040:Biophysics-related
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	久保稔兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (90392878)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000) Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000) Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2022: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Keywords	天然変性タンパク質 / クリプトクロム / 体内時計 / DNA光修復 / 動的構造解析
Outline of Research at the Start	近年、緑藻クラミドモナスにおいて、二つの機能をもち、それらを使い分ける奇妙な分子（タンパク質）が発見された。CraCRYと名付けられたその分子の二つの機能とは、 (1)体内時計の調節と(2)壊れたDNAの修復である。本研究では、X線、紫外光、可視光、赤外光、マイクロ波などさまざまな光を道具に用いて、二機能を制御するこの分子の巧みな設計原理を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	クラミドモナスの動物型クリプトクロム（CraCRY）は、(1)光による体内時計の遺伝子調節（クリプトクロム機能）に加えて、(2)光を用いたDNAの修復（光回復酵素機能）も行うbi-functionalタンパク質である。クリプトクロムと光回復酵素が共通祖先から分子進化・機能分化していく中で、CraCRYは二つの機能を獲得した。CraCRYは、光受容補因子FADを保持した光回復酵素様のドメインの末端に、天然変性領域が付け足された構造をもっている。本研究では“FADの化学状態と天然変性領域のダイナミクスの連関”に焦点を当てて、CraCRYの二機能制御機構を明らかにする。 CraCRYのFADは生体環境に応じて、①酸化型、②セミキノン型（クリプトクロム機能における暗状態）、③還元型（クリプトクロム機能における明状態かつ光回復酵素機能の休止状態）の3つの化学状態をとる。本年度はそれら3状態のCraCRYの調製方法を確立し、X線小角散乱による天然変性領域の構造解析を試みた。天然変性領域は切断し易い性質があったが、①酸化型と③還元型の安定な取り扱い方法を確立し、現在までに、①酸化型のX線小角散乱データを再現性よく得ることに成功している。天然変性領域は完全なランダムコイル状態でなく、準コンパクトな構造をとる描像が明らかになりつつある。一方、時間分解紫外分光を用いて、③還元型CraCRYのDNA修復を観測することにも成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ①酸化型および③還元型のCraCRYについて、天然変性領域を含む全長試料の安定な取り扱い方法を確立し、すでにいくつかの実験データが得られているため。
Strategy for Future Research Activity	X線小角散乱に加えて、NMRや円二色性分光、分子シミュレーションなどの手法を多角的に用いて、①酸化型CraCRYと③還元型CraCRYの天然変性領域の構造を比較する。また、②セミキノン型の調製方法が確立していないため、その確立を急ぐ。一方、③還元型CraCRYが光回復酵素として働くときのダイナミクスを、他生物種の光回復酵素と比較しながら明らかにする。