ロドプシンを起動分子とした「化学・力学・光」エネルギー発動機構の理解と利用
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
19H05396
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (10452202)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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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 / 受容体 |
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| Outline of Research at the Start |
光受容タンパク質であるロドプシンは発色団レチナールにより光エネルギーを吸収し、その後、レチナールの異性化を引き起こすことで、化学エネルギーを生み出す。生成した化学エネルギーはタンパク質の構造変化として力学エネルギーに変換され、生物学的機能が生まれる。また、ロドプシンは光エネルギー変換体としても注目されている。本研究では、このような『光-->化学・力学・光』エネルギー変換機構の精密・詳細な解析を行う。加えて、得られた知見を基盤に、ロドプシンを用いた生体光操作ツールの開発・利用を行う。これにより、ロドプシン型『発動分子』の基礎学理構築を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロドプシンは光エネルギーを吸収し、レチナールの異性化を介して化学エネルギーへと変換する。化学エネルギーは、タンパク質の構造変化として力学エネルギーに変換され、分子機能が発現する。また、ロドプシンは、蛍光を発する特性を有し、光エネルギーにも変換可能である。このように、本領域における『発動分子』の定義（外部エネルギーを別エネルギーへ変えるもの）から、ロドプシンはまさに“発動分子”そのものと言える。このような背景のもと、本研究では、ロドプシンによる『光-->化学・力学・光』エネルギーへの変換機構の理解と光遺伝学的利用を行うことで、ロドプシン型『発動分子』の基礎学理構築を行うことを目的とした。
本年度は、以下に示す多様なロドプシンのマルチ『光-->化学・力学・光』発動機構（エネルギー変換）の理解を進めた。さらに、これらを基盤に、分子機能（速度，収率，構造変化，生理応答，発光）の合理的改変の試みと光遺伝学への展開を行った。
１）『光-->化学』：多様なロドプシンに対し、“時間”分解測定（過渡吸収，ラマン・赤外）及び“空間”分解測定（ラマン・赤外，X線結晶構造，NMR）を行い異性化速度，量子収率，異性化に伴うレチナール及びタンパク質の構造変化を調べた。得られた定量的な数値とその比較から、『光-->化学』エネルギー変換の理解を進めた。
（２）『光-->（化学）-->力学』：レチナールの異性化を引き金するロドプシンの構造変化，他分子との相互作用とその変化を、時空間分解測定により明らかにした。加えて、生化学的・細胞生物学的解析を行い、構造と機能に関わる『化学-->力学』エネルギー変換機構の理解を進めた。
（３）『光-->光』：定常蛍光分光法と各種時間分解分光法を組み合わせ、多様なロドプシンの蛍光特性の定量的比較解析と発光機構の解明を行い、『光-->光』エネルギー変換の理解を進めた。
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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
(31 results)
