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1分子観測によるGタンパク質共役型受容体の二状態モデルの検討

Publicly Offered Research

Project AreaIntegrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
Project/Area Number 22121509
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

七田 芳則  京都大学, 理学研究科, 教授 (60127090)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2010: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Keywords構造変化 / ロドプシン / 蛍光プローブ / 平衡 / 過度的複合体 / ダイナミクス / 過渡的複合体
Research Abstract

昨年度の研究により、Alexa594でラベルしたロドプシンからメタIとメタIIの平衡状態を生成させ、この試料について1分子蛍光観測をすると蛍光強度がステップ状の増減を繰り返すことがわかった。この実験結果と可視吸収スペクトル法での結果を詳細に解析した結果、メタIとメタIIの状態がそれぞれGタンパク質を活性化する構造としない構造の2状態になっていることを発見した。また、7員環レチナールを加えて光反応を起こらなくしたロドプシンやタンパク質部分のみ(オプシン)の1分子蛍光観測をした結果、増減の頻度は低いがこれらも2状態になることがわかった。さらに、各状態のGタンパク質活性化効率を測定したところ、蛍光増減の起こる頻度と相関を示すことを見いだした。また、2状態間の蛍光強度の葦はロドプシンおよびオプシンのほうが大きい可能性が示唆された。これらの結果を現在論文としてまとめている。
また、リガンドが結合しなくてもGタンパク質活性化能を示す変異体(構成的活性変異体)について、上記と同様の実験を行うことを試みた。培養細胞で発現させた野生型ロドプシンでは、外節膜中のロドプシンに比べてラベル化効率が非常に低かった。そこで、ラベル化条件を最適化したところ、ROS中のロドプシンと同様に、蛍光強度によって活性構造をとらえることができた。構成的活性変異体も同じ条件で蛍光ラベルされることが確認できたので、今後は、1分子蛍光観測を行う予定である。一方、Gタンパク質のC末端ペプチド(11残基)とメタIIとの結合を利用して複合体での1分子FRET観測も試みた。しかし、ドナーの消光、あるいはアクセプターの発光で両者の結合を観測することは現在成功していない。これは、1分子観測では非常に低濃度の試料牽用いているためにペプチドとメタIIの結合効率が低いことも一因であると考えられるので、より高濃度での観測を行っている。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (3 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Photochemical nature of parietopsin.2012

    • Author(s)
      K. Sakai, Y. Imamoto, C.Y. Su, H. Tsukamoto, T. Yamashita, A. Terakita, K.W. Yau and Y. Shichida
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 51 Issue: 9 Pages: 1933-41

    • DOI

      10.1021/bi2018283

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chimeric microbial rhodopsins containing the third cytoplasmic loop of bovine rhodopsin2011

    • Author(s)
      A.Nakatsuma, T.Yamashita, K.Sasaki, A.Kawanabe, K.Inoue, Y.Furutani, Y.Shichida, H.Kandori
    • Journal Title

      Biophys.J

      Volume: 100 Issue: 8 Pages: 1874-1882

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2011.02.054

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparative fluorescence resonance energy transfer analysis of metabotropic glutamate receptors: implications about the dimeric arrangement and rearrangement upon ligand bindings.2011

    • Author(s)
      M. Yanagawa, T. Yamashita and Y. Shichida
    • Journal Title

      J. Biol. Chem

      Volume: 286 Issue: 26 Pages: 22971-81

    • DOI

      10.1074/jbc.m110.206870

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vertebrate ancient-long opsin has molecular properties intermediate between those of vertebrate and invertebrate visual pigments2011

    • Author(s)
      Keita Sato, Takahiro Yamashita, Hideyo Ohuchi, Yoshinori
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 50 Issue: 48 Pages: 10484-10490

    • DOI

      10.1021/bi201212z

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photosensitivities of rhodopsin mutants with a displaced counterion2010

    • Author(s)
      Tsutsui, K.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 49 Pages: 10089-10097

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional analysis of the second extracellular loop of rhodopsin by characterizing split variants2010

    • Author(s)
      Sakai, K.
    • Journal Title

      Photochem.Photobiol.Sci.

      Volume: 9 Pages: 1490-1497

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Opn5 is a UV-sensitive bistable pigment that couples with Gi subtype of G protein2010

    • Author(s)
      Yamashita, T.
    • Journal Title

      Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.

      Volume: 107 Pages: 22084-22089

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 最近機能解析の始まったOpn5の意外な光受容機能:光活性化と不活性化2011

    • Author(s)
      七田芳則
    • Organizer
      日本動物学会第82回大会
    • Place of Presentation
      大雪クリスタルホール(旭川市)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-21
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular properties of Opn5 and its functions2011

    • Author(s)
      Shichida, Y.
    • Organizer
      5th Asia and Oceania Conference on Photobiology
    • Place of Presentation
      Nara Prefectural New Public Hall (Nara)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-31
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Single-molecule detection of rhodopsin activation2010

    • Author(s)
      Maeda, R.
    • Organizer
      第48回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2010-09-20
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://photo1.biophys.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://photol.biophys.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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