Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、時分割シリアルフェムト秒結晶構造解析やコールドトラップ法によって、非古典的ロドプシンであるHeRやSzRの光受容に伴う構造変化のダイナミクスや動作原理を解明する。機能未知ロドプシンであるHeRの構造変化を捉え、機能に関して考察する他、ロドプシン一般の光構造変化の共通性や多様性について理解する。また、SzRの内向きプロトン輸送機構を解明し、プロトンポンプ一般のプロトン輸送方向の決定要因を解明する。さらに、新領域班内の研究者と共同で分光や計算機を用いた解析を行うことで、TR-SFX解析から得られたアイディアを多角的に検証し論文として報告する。
本研究の目的は、放射光やX線自由電子レーザーを用いたTR-SFXによって、新奇ロドプシンであるヘリオロドプシン(HeR)の光受容に伴う構造変化のダイナミクスや動作原理を解明することである。2018年にHeRという従来のロドプシンとは配列相同性が非常に低い微生物型ロドプシンが発見された。HeRはイオン輸送能がなく光反応サイクルが10秒と長いため、相互作用パートナーを介したシグナル伝達蛋白質であると推測されている。本研究は、TR-SFXによってHeRの分子動画を作成するという本領域の研究目標そのものを体現しており、南後班と連携してTR-SFXによる測定、および久保班と連携して分光実験による結晶中でのヘリオロドプシンのフォトサイクルの分析等、領域内で緊密な連携を図っている。HeRの光受容ダイナミクスを明らかにすること によって、機能についてのより詳細に考察することが可能になる。HeRの微結晶を作製しTR-SFXに最適な結晶を得ることに成功した。この結晶を用いて領域内の久保班と連携して分光解析を行い、HeRのフォトサイクルK→M→0 のうち、結晶中では1 msでM中間体まで進み、0中間体には達しないことを確認した。よって、TR-SFXの目標をM中間体にいたるまでの構造変化に設定した。SACLAを用いてTR-SFX実験を行い、光照射後から16 ns, 100 ns, 1 us, 10 us, 100 us 1 ms, 2 msの7つのtime pointでデータを収集し2.0-2.2オングストローム分 解能で構造を決定することに成功した。暗条件との差フーリエマップで、レチナールの異性化や蛋白質の構造変化が観察されており、現在各状態の構造精密化を行っている。現状では、他のロドプシンとは異なりTM1が構造変化することが明らかになっている。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020
All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 2 results)
Mol. Cell
Volume: 81 Issue: 15 Pages: 3205-3215
10.1016/j.molcel.2021.06.024
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 118 Issue: 14 Pages: 1-9
10.1073/pnas.2016328118
Nat. Commun.
Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5605-5605
10.1038/s41467-020-19376-7
