2016 Fiscal Year Annual Research Report
Time-resolved Observation and Elucidation of Functionally-important Molecular Flexibility
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104006
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水谷 泰久 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60270469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野 操 大阪大学, 理学研究科, 助教 (10464257)
石川 春人 大阪大学, 理学研究科, 講師 (40551338)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ラマン分光学 / アロステリー / 時間分解分光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、主に時間分解共鳴ラマン分光法を用いて、機能部位間の連動的な構造変化を可能にするタンパク質の構造変化と、構造変化を駆動する分子内のエネルギーフローを明らかにした。
１．ガスセンサータンパク質の構造変化と機能発現機構の研究 一酸化炭素センサータンパク質CooAについて、一酸化炭素の脱離に伴う構造ダイナミクスを、時間分解共鳴ラマン分光法を用いて調べた。可視光のプローブでヘムを、紫外光のプローブでポリペプチド鎖の構造変化を観測したところ、ヘム－プロリン残基（Pro2）間結合の解離が一酸化炭素依存的な活性化の引き金になっていることが明らかになった。
２．フォトクロミック蛍光タンパク質の構造変化と機能発現機構の研究 蛍光タンパク質Dronpaは、蛍光を発する明状態Bと発しない暗状態A2との間でフォトクロミズムを示す。また、これらに加えて無蛍光性の状態A1の存在も報告されている。共鳴ラマン分光法はタンパク質中の発色団構造を調べるのに適しているが、Dronpaは強い蛍光を発するため可視共鳴ラマンスペクトルの測定は難しく、これまでに報告例はなかった。本研究では、適切なプローブ光の波長を探索し、かつ蛍光のバックグラウンドをスペクトル解析により除去することで、Dronpa発色団のラマンスペクトルの観測に成功した。スペクトルに基づいて、各状態での発色団の幾何構造およびプロトン化状態を決定した。
３．タンパク質内エネルギーフローに関する研究 ヘムを分子ヒーター、トリプトファン残基をエネルギープローブとして用い、タンパク質内のエネルギーフローを計測した。その結果、タンパク質内エネルギーフローにおいては、主鎖の共有結合を介するのではなく、原子間接触を介してエネルギーが移動していること、また溶媒の水分子が効率的なエネルギー受容体として働いていることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
タンパク質の柔らかさと機能発現との相関を解明する研究が順調に進んでいる。レーザー装置の故障のため、年度中に予定していた実験の一部を翌年度にずらすことになったが、修理の予定ははっきりしており、また実験条件はすでに確立しているので、この計画変更は翌年度で十分カバーできる。当初計画していた研究以外にも、これまでは困難であった蛍光タンパク質の共鳴ラマンスペクトルの測定にも成功しており、この成果は翌年度行う予定の機能性蛍光タンパク質の研究に役立つ。学術論文や学会発表による成果発表も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた結果に基づいて、機能発現の原理解明および原理解明に基づいた機能性分子設計を行う。また、理論研究グループとより密に連携して、実験データを解釈する分子メカニズムを明らかにする。研究計画の変更や研究を遂行する上での問題点はない。
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