2013 Fiscal Year Annual Research Report
X線結晶構造解析に基づく改変型チャネルロドプシンの創出
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11J06643
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 英明 東京大学, 大学院 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | 構造生物学 / X線結晶構造解析 / チャネルロドプシン / ロドプシン / 光遺伝学 / 神経生物学 / 陽イオンチャネル / ナトリウムポンプ |
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| Research Abstract |
一昨年度に解明したチャネルロドプシンの閉状態における結晶構造を元に、「発色団であるレチナール分子のβイオノン環を回転させることでチャネルロドプシンの吸収波長を短波長側にシフトさせる」という新規設計法を提唱した。変異体を実際に作製し、その吸収・励起スペクトルの測定を行うことで設計通りの変異体を作製することに成功、この変異体を用いて実際に生きたマウスの神経細胞を興奮させることにも成功した。更に、この変異体の構造解析を行うことで実際にレチナール分子のβイオノン環が捻れていることを明らかにし、作製した変異体の波長シフトの原因が、理論通りレチナール分子の捻れによって引き起こされていることを証明した。更に、チャネルロドプシン以外の他のロドプシンについても同設計法が適用出来ることを実証し、本手法が広くロドプシンの波長シフト変異体を作製する際の普遍的な方法として利用可能であることを示した。現在これらの結果をまとめて投稿準備中である。また、チャネルロドプシンとは逆に、光を照射するとナトリウムイオンを細胞外に排出するKrokinobacter rhodopsin2 (KR2)についてもその構造解析を行い、2.3Åという高分解能でその立体構造を決定することに成功した。得られた結晶構造と分光学的解析を組み合わせることで、このKR2とよばれるタンパク質がどのようにしてナトリウムイオンポンプという機能を獲得することが出来たのか、その分子基盤を解明することに成功した(現在投稿準備中。)
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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
当初3年目の目的であったチャネルロドプシンの吸収波長変異体の作成に付いても論文にまとめるだけの成果が得られているのみならず、チャネルロドプシンと類縁の新規微生物型ロドプシンであるKR2についても、その構造解析に成功し、光駆動性ナトリウムイオンポンプという新規機能の構造基盤を解明することが出来た。そのため、本年度が最終年度であるが、当初の計画以上に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度が最終年度ではあるが、今度の研究の推進方策としては、立体構造情報を元に吸収波長以外のプロパティを変化させたチャネルロドプシンやKR2、例えばイオン選択性の変化したチャネルロドプシンやKR2の創製を試みるということが考えられる。特に今回、KR2の結晶構造からプロトンポンプ以外の陽イオンポンプを可能とするのに必要な構造モチーフが明らかになった為、この情報を元に、未だ自然界から発見されていない光駆動性カリウムイオンポンプの創製を試みるということを方策として掲げる。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Structural basis for dynamic mechanism of proton-coupled symport by the peptide transporter POT.2013
Author(s)
Doki, S., Kato, H. E., Solcan, N., Iwaki, M., Koyama, M., Iwase, N., Tsukazaki, T., Sugita, Y., Kandori, H., Newstead, S., Ishitani, R., and Nureki, O.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States
Volume: 110
Pages: 11343-11348
DOI
Peer Reviewed
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