2016 Fiscal Year Annual Research Report
光応答性タンパク質の機能転換が明らかにする柔らかな構造機能相関
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104009
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70202033)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 機能転換 / アミノ酸置換 / ロドプシン / イオンポンプ / フラビンタンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの生体分子は共通の構造をもとに多彩な機能を演出しており、本研究課題において我々は、機能の発見・転換・創成をテーマとしてロドプシンやフラビンタンパク質など光応答性タンパク質を対象とした研究を行っている。平成２８年度は以下の成果が得られた。
ロドプシンの機能転換に関して、アミノ酸変異を用いてプロトンポンプ、ナトリウムポンプ、クロライドポンプの機能転換を達成した。本領域で最大の目標とした研究の成果であるが、興味深いことに機能転換と進化との相関が明らかになった。具体的には、進化を遡る方向の機能転換は限られた変異で達成された一方、進化に沿った方向の機能転換は変異数を増やしても実現しなかったのである。フラビンタンパク質の機能転換に関して、アミノ酸変異を用いて (6-4)光回復酵素からCPD光回復酵素への機能転換を達成した。この場合も逆方向の機能転換は限られた変異では実現せず、進化との相関が明らかになったが、本研究はA01北尾グループとの共同研究の成果である。
機能の発見に関しては、海洋細菌から内向きのプロトンポンプを発見した。プロトン駆動力を解消してしまう内向きプロトンポンプが自然界に存在したことは大きな驚きであったが、様々な手法を駆使して外向きプロトンポンプと類似の構造からどのようにして逆向きの能動輸送が実現するのかを明らかにすることができた。なお、本研究はA02内橋グループとの共同研究の成果である。
光駆動ナトリウムポンプKR2の研究に関しては、国内外との共同研究が進行しており、本年度もオランダとの誘導ラマン分光、東大との変異体解析、東北大との電気生理実験、横浜国大とのNMR解析（A02川村グループとの共同研究）を論文発表することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本領域で最大の目標とした研究として、機能転換の達成が挙げられるが、平成２８年度、ロドプシンにおいてもフラビンタンパク質においても、限られた変異で機能転換を実現することができた。その結果、興味深いことに機能転換と進化との相関が明らかになった。具体的には、進化を遡る方向の機能転換は限られた変異で達成された一方、進化に沿った方向の機能転換は変異数を増やしても実現しなかったのである。ロドプシン研究の成果はJ. Biol. Chem.誌に発表したが、2016年のハイライト論文に選出された。これはJBC掲載論文の1 %以下が選出されるものであり、本成果に対する高い評価を物語っている。
領域内の共同研究も活発に進んでいることも、当初の計画以上という自己評価につながった。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画は順調に進んでおり、最終年度となる平成２９年度もこの方向での研究を進める。
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Research Products
(122 results)
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[Journal Article] "Toward automatic rhodopsin modeling as a tool for high-throughput computational photobiology"2016
Author(s)
F. Melaccio, M. del Carmen Marin, A. Valentini, F. Montisci, S. Rinaldi, M. Cherubini, X. Yang, Y. Kato, M. Stenrup, Y. Orozco-Gonzalez, N. Ferre, H. L. Luk, H. Kandori, M. Olivucci*
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Journal Title
J.Chem. Theory Comput.
Volume: 12
Pages: 6020-6034
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] "Natural light-driven inward proton pump"2016
Author(s)
K. Inoue, S. Ito, Y. Kato, Y. Nomura, M. Shibata, T. Uchihashi, S. P. Tsunoda, H. Kandori
Organizer
The 54th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
Place of Presentation
Tsukuba
Year and Date
2016-11-25 – 2016-11-27
Int'l Joint Research
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