全反射型赤外分光法による過渡的複合体の解析

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 22121508
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 須藤 雄気 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10452202)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2011: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2010: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 膜タンパク質 / 生物物理学 / 振動分光法 / 分光法 / 光生物学 / 分子認識 / シグナル伝達 / 受容体 / 光センサー / 赤外分光法 / イオンチャネル

Research Abstract

細胞内外の情報や物質のやり取りを行う"膜タンパク質"は、生命活動に重要である。我々は、光受容体・ロドプシンと伝達膜タンパク質の"膜分子複合体の過渡的変化"を様々な手法により解析している。このうち、赤外分光(FTIR)法やラマン分光法に代表される振動分光法は、分子振動を鋭敏に捉える手法で、側鎖,主鎖,低分子(イオンや水など)の微細構造変化を捉えることができ、X線結晶構造解析やNMR解析では得ることが難しい情報を取得することができる。本研究では以下の4点について研究を行い、成果を得た。本研究を通じて、膜蛋白質解析のボトルネックである、試料調製法や解析手法を確立できたと考えている。
1)FTIR解析に適した試料調製[Sudo et al.2011a,J.Biol.Chem.,Sudo et al.2011,Biophysics]
2)低温/時間分解赤外分光法によるロドプシンタンパク質の構造変化解析[Sudo et al.2011b,J.Biol.Chem.,Irieda et al.2011,Biochemistry]
3)ラマン分光法など他の分光測定[Mizuno et al.,2011,Biochemistry,Inoue et al.,2011,J.Phys.Chem.B]
4)全反射型FTIR(ATR-FTIR)におけるイオンと膜タンパク質の相互作用解析を行い、解析の難しい膜タンパク質の微細構造変化を明らかにした[投稿準備中]。

Research Products

• [Journal Article] Spectral tuning in sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2011)
  • Author(s): Sudo, Y., Yuasa, Y., Shibata, J., Suzuki, D., Homma, M.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Issue: 13 Pages: 11328-11336
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.187948
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct observation of the structural change of Tyr174 in the primary reaction of sensory rhodopsin II (2011)
  • Author(s): Misao Mizuno, Yuki Sudo, Michio Homma and Yasuhisa Mizutani
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 15 Pages: 3170-3180
  • DOI: 10.1021/bi101817y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectrally silent intermediates during the photochemical reactions of Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • Author(s): K.Inoue, Y.Sudo, M.Homma, H.Kandori
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 115 Issue: 15 Pages: 4500-4508
  • DOI: 10.1021/jp2000706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural characteristics around β-ionone ring of the retinal chromophore in Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • Author(s): H.Irieda, L.Reissig, A.Kawanabe, M.Homma, H.Kandori, Y.Sudo
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 22 Pages: 4912-4922
  • DOI: 10.1021/bi200284s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional expression of a two-transmembrane HtrII protein using cell-free synthesis (2011)
  • Author(s): Sudo, Y., Tanaka, R., Kobayashi, T., Kamo, N., Kohno, T., Kojima, C.
  • Journal Title: BIOPHYSICS Volume: 7 Pages: 51-58
  • DOI: 10.2142/biophysics.7.51
  • NAID: 130000741389
  • ISSN: 1349-2942
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An active photoreceptor intermediate revealed by in situ photoirradiated solid-state NMR spectroscopy (2011)
  • Author(s): Tomonaga, Y., Hidaka, T, Kawamura, I, Nishio, T, Ohsawa, K, Okitsu, T, Wada, A, Sudo, Y, Kamo, N, Ramamoorthy, A, Naito, A.
  • Journal Title: Biophys.J. Volume: 101 Issue: 10 Pages: L50-L52
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.10.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A microbial rhodopsin with a unique retinal composition shows both sensory rhodopsin II and bacteriorhodopsin-like properties (2011)
  • Author(s): Sudo, Y., Ihara, K., Kobayashi, S., Suzuki, D., Irieda, H., Kikukawa, T., Kandori, H., Homma, M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 286 Pages: 5967-5976
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectral tuning in sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2011)
  • Author(s): Sudo, Y., Yuasa, Y., Shibata, J., Suzuki, D., Homma, M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 286 Pages: 11328-11336
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectrally silent intermediates during the photochemical reactions of Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • Author(s): Inoue, K., Sudo, Y., Homma, M., Kandori, H.
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: (未定 印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport and sensory rhodopsins in microorganisms (2011)
  • Author(s): Sudo, Y.
  • Journal Title: CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology, the 3rd edition. Volume: (未定 印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高度好塩性微生物の"目":センサリーロドプシンへのCl^-イオン結合の役割 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気、井原邦夫、本間道夫、加茂直樹
  • Journal Title: 極限環境微生物学会誌 Volume: (未定 印刷中)
  • NAID: 40019582700
• [Journal Article] 光で動く微生物-ロドプシン分子による光受容と情報伝達機構 (2010)
  • Author(s): 割石学、本間道夫、須藤雄気
  • Journal Title: O plus E「特集:光アクチュエーター」 Volume: 32 Pages: 519-524
• [Journal Article] Protein-protein interaction changes in an archaeal light-signal transduction (2010)
  • Author(s): Kandori, H., Sudo, Y., Furutani, Y.
  • Journal Title: Journal of Biomedicine and Biotechnology Volume: Article ID424760 Pages: 14-14
• [Presentation] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2012)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: JSTさきがけ研究領域合同国際シンポジウム「持続する社会を先導する光科学:環境・エネルギー・機能材料」
  • Place of Presentation: 日吉(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 色付きタンパク質の生物学的・化学的・物理学的研究の面白さと奥深さ (2012)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 第1回超異分野学会
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 微生物型ロドプシンタンパク質の利用を考える (2012)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 平成23年度「若手研究者による分野間連携研究プロジェクト」NINS program for cross-disciplinary study,山中&古谷プロジェクト冬の合同会議
  • Place of Presentation: 箱根(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-13
• [Presentation] ロドプシンを愛して:微生物の光情報伝達と光制御ツール開発 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 北海道大学電子科学研究所研究セミナー
  • Place of Presentation: 札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-26
• [Presentation] センサリーロドプシンとの出会いと今後の野望 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 名古屋工業大学・生物物理化学研究会シンポジウム「光といのち」
  • Place of Presentation: 名古屋(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-25
• [Presentation] 微生物型ロドプシンの基礎的研究とそこから見える新たな地平 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 横浜国立大学研究セミナー「細胞膜中機能性生体分子の構造生物学的研究」
  • Place of Presentation: 横浜(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] 光機能性-制御性蛋白質による細胞-個体操作 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 第4回文部科学省「最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム」シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-13
• [Presentation] 新規微生物型ロドプシン(MR)から観る光駆動イオンポンプから光センサーへの分子進化 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気, 井原邦夫, 小林詩織, 鈴木大介, 入枝泰樹, 菊川峰志, 神取秀樹, 本間道夫
  • Organizer: 第84回・日本生化学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Spectral tuning in sensory rhodopsin(センサリーロドプシンの吸収波長制御機構) (2011)
  • Author(s): 須藤雄気, 湯浅恭史, 柴田巡, 鈴木大介, 本間道夫
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] What should we learn from sensory rhodopsins? : Signal transfer mechanism and its application for protein expression (2011)
  • Author(s): 須藤雄気, 本間道夫
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 姫路(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 微生物型ロドプシンタンパク質における特異な光反応 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気, 本間道夫
  • Organizer: 生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える-静止画から動画へ-」
  • Place of Presentation: 岡崎(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-09
• [Presentation] Molecular and evolutionary aspects of microbial sensory rhodopsin (2011)
  • Author(s): Sudo, Y., Homma, M.
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology (AOCP)
  • Place of Presentation: Nara, Japan(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] Type1ロドプシンで初めて見いだされたall-trans→11-cis型光異性化反応 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気, 沖津貴志, 水野操, 和田昭盛, 水谷泰久, 本間道夫, 古谷祐詞
  • Organizer: 第38回・生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波
  • Year and Date: 2011-06-23
• [Presentation] 7回膜貫通型色素結合タンパク質(ロドプシン)の調製法 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 第11回・日本蛋白質科学会年会蛋白質科学会アーカイブワークショップ
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-09
• [Presentation] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2011)
  • Author(s): Sudo, Y.
  • Organizer: AS-JST Joint Workshop on Innovative Use of Light and Nano/Bio
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-26
• [Presentation] ロドプシンに魅せられて-微生物の光情報伝達と光制御ツール開発- (2011)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 筑波大学・物質工学セミナー
  • Place of Presentation: 筑波(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-19
• [Presentation] 光受容タンパク質による微生物の光センシングの理解とその利用 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気、本間道夫
  • Organizer: 日本薬学会 第131年会
  • Place of Presentation: 静岡県静岡市、日本
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] Microbial Sensory Rhodopsins : Structural change, function and tool for optogenetics (2010)
  • Author(s): Sudo, Y., Homma, M.
  • Organizer: GCOE/Structural Biology Research Center International Symposium : Protein structure and dynamics ; from molecules to assembly
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市、日本
  • Year and Date: 2010-11-24
• [Presentation] Molecular Evolution from the light-energy converting protein to the light sensing protein (2010)
  • Author(s): Sudo, Y., Irieda, H., Ihara, K., Homma, M.
  • Organizer: The 48th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市、日本
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] 微生物型ロドプシンの分子進化 (2010)
  • Author(s): 須藤雄気、本間道夫
  • Organizer: 生理学研究所研究会
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市、日本
  • Year and Date: 2010-09-17
• [Presentation] 機能性・制御性膜タンパク質(微生物型ロドプシン)による新しい解析ツールの創成に向けて (2010)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 第2回 光操作研究会
  • Place of Presentation: 愛知県岡崎市、日本
  • Year and Date: 2010-09-09
• [Presentation] 生物物理を愛して10年、ロドプシン分子のこれからの10年、DABESA!! (2010)
  • Author(s): 須藤雄気
  • Organizer: 第50回 生物物理若手の会 夏の学校
  • Place of Presentation: 愛知県一宮市、日本
  • Year and Date: 2010-09-04
• [Presentation] 光駆動イオンポンプ蛋白質から、光センサー蛋白質への分子進化 (2010)
  • Author(s): 須藤雄気, 井原邦夫, 小林詩織, 鈴木大介, 入枝泰樹, 菊川峰志, 神取秀樹, John L.Spudich, 本間道夫
  • Organizer: 第16回 光生物学協会 年会
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市、日本
  • Year and Date: 2010-08-11
• [Presentation] Sensory signal transduction from the sensory rhodopsins to their cognate transducer proteins in microbes (2010)
  • Author(s): Sudo, Y.
  • Organizer: 14th International Conference on Retinal Proteins
  • Place of Presentation: Santa cruz, USA
  • Year and Date: 2010-08-03
• [Book] 極限環境微生物学会誌 (2011)
  • Author(s): 須藤雄気、井原邦夫、本間道夫、加茂直樹
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 高度好塩性微生物の"目":センサリーロドプシンへのCl^-イオン結合の役割
• [Remarks]
  • URL: http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100001035_ja.html
• [Remarks]
  • URL: http://kenpro.mynu.jp:8001/Profiles/0054/0005480/profile.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] アナベナセンサリーロドプシンを利用したタンパク質発現法 (2010)
  • Inventor(s): 須藤雄気, 入枝泰樹, 本間道夫
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人名古屋大学
  • Industrial Property Number: 2010-181053
  • Filing Date: 2010-08-12