2023 Fiscal Year Annual Research Report
Time-resolved XFEL crystallography and rational engineering of light-driven proteins
| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
19H05777
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岩田 想 京都大学, 医学研究科, 教授 (60452330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 紀通 京都大学, 医学研究科, 准教授 (10314246)
近藤 美欧 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20619168)
志甫谷 渉 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (30809421)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 膜タンパク質 / 光遺伝学 / X線自由電子レーザー / 時分割X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡単粒子解析 / ロドプシン / 構造ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①これまでの本研究課題にて、ポンプープローブ時分割XFEL結晶構造解析法を確立し、多様な光駆動型膜タンパク質の構造ダイナミクスを解明してきた。しかしながら、生体内の大部分のタンパク質は光動作性ではないので、この方法はごく一部のタンパク質にしか適用できないことになる。この弱点を補完するために、B01清中班と連携して、天然では光動作性を示さないGPCR（ヒトアデノシンA2a受容体）に対して光異性化するアゾベンゼン修飾リガンド (基底状態ではpartial agonist)を開発した。当該化合物をアゴニスト安定化A2a変異体に結合させた複合体を脂質キュービック相結晶化法により結晶化し、静止X線結晶構造を解明した。並行してリガンドの構造改変も進めた。
②新規光駆動型膜タンパク質の自然界からの発見、構造ベースでの改変等を目的として、陸域の特殊な環境以外に生息する微生物が集光アンテナを備えたロドプシンを持つのかという点に着目して淡水湖および海洋に生息する環境微生物の調査を行った。その結果、レチナール色素に加えてカロテノイド色素の一種であるキサントフィル（ゼアキサンチンやルテイン）も結合するロドプシンを持つことを発見した。さらに、このキサントロドプシンが、なぜ4－ケト環構造を持たないゼアキサンチンを集光アンテナとして使うことができるのかをクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子構造解析により構造学的に解明した。本研究により、水圏生態系においてロドプシンは集光アンテナを駆使し、従来の試算を上回る量の光エネルギーを受容することが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Structural basis of hepatitis B virus receptor binding2024
Author(s)
Asami Jinta、Park Jae-Hyun、Nomura Yayoi、Kobayashi Chisa、Mifune Junki、Ishimoto Naito、Uemura Tomoko、Liu Kehong、Sato Yumi、Zhang Zhikuan、Muramatsu Masamichi、Wakita Takaji、Drew David、Iwata So、Shimizu Toshiyuki、Watashi Koichi、Park Sam-Yong、Nomura Norimichi、Ohto Umeharu
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Journal Title
Nature Structural & Molecular Biology
Volume: 31
Pages: 447～454
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Structural basis for lysophosphatidylserine recognition by GPR342024
Author(s)
Izume Tamaki、Kawahara Ryo、Uwamizu Akiharu、Chen Luying、Yaginuma Shun、Omi Jumpei、Kawana Hiroki、Hou Fengjue、Sano Fumiya K.、Tanaka Tatsuki、Kobayashi Kazuhiro、Okamoto Hiroyuki H.、Kise Yoshiaki、Ohwada Tomohiko、Aoki Junken、Shihoya Wataru、Nureki Osamu
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 15
Pages: 45046
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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