G蛋白質共役型受容体ロドプシンの光反応過程のX線結晶構造解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13033021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 七田 芳則 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60127090)
• Keywords: 視覚 / ロドプシン / 膜タンパク質 / 中間体 / 立体構造 / Gタンパク質 / X線結晶解析 / 顕微分光測定

Research Abstract

我々は、これまでに2.8Åで構造決定しているウシ網膜由来のGタンパク質共役型光受容体ロドプシンの活性化メカニズムを原子レベルで明らかにするために、光反応中間体のX線結晶構造解析を行うことを目標としている。
本年度は、ウシロドプシンの3次元結晶中での光反応・構造変化過程を詳細に明らかにするために必要な、結晶化条件の再検討・基底状態構造の精密化を行った。2.6Å分解能で解析したロドプシンの基底状態構造では、膜貫通領域に存在する水分子の分布が明らかになり、プロトン化シッフ塩基の安定化機構や吸収波長制御に重要なレチナール近傍の水素結合ネットワークに関する新たな知見が得られた。また、ロドプシンファミリーのGタンパク質共役型受容体に保存されているアミノ酸近傍にも水分子を介した水素結合が存在し、リガンド結合特性やGタンパク質活性化の制御に関与している可能性が示唆された。ロドプシン光反応中間体には、バソ、ルミ、MI、MIIと呼ばれるものがあり、そのうちバソ、ルミについては100K〜150K程度のクライオ条件化でX線回折データ収集・解析を開始した。一方、MI、MIIについてはそのような凍結状態では補足できないため、4℃近傍で各々を安定化するための条件検索を行った。
3次元結晶中でのこれらの中間体の生成が、これまでに知られている溶液中でのものとほぼ同じであることを、顕微可視吸収測定により確認した。また、更に詳細な分光測定を行うために、独自の顕微分光測定システムを構築した。

Research Products

• [Publications] H.Imai: "Difference in molecular structure of rod and cone visual pigments studied by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)
• [Publications] A.Nakamura: "Regulatory mechanism for the stability of the meta II intermediate of pinopsin"J. Biochem. (Tokyo). 129. 329-334 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Exited-state dynamics of rhodopsin probed by femtosecond fluorescence spectroscopy"Chem. Phys. Lett.. 334. 271-276 (2001)
• [Publications] N.Katagiri: "Demonstration of a rhodopsin-retinochrome system in the stalk eye of a marine gastropod, Onchidium, by immunohistochemistry"J. Comp. Neurol.. 433. 380-389 (2001)
• [Publications] M.Nakagawa: "O-Glycosylation of G-protein-coupled receptor, octopus rhodopsin. Direct analysis by FAB mass spectrometry"FEBS Lett.. 496. 19-24 (2001)
• [Publications] A.Wada: "Retionids and related compounds. Part 26. Synthesis of (11-Z)-8,18-propano-and methano-retinals and conformational study of the rhodopsin choromophore"J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 2430-2439 (2001)
• [Publications] T.Yamashita: "The second cytoplasmic loop of metabotropic glutamate receptor functions at the third loop position of rhodopsin"J. Biochem. (Tokyo). 130. 149-155 (2001)
• [Publications] H Kandori: "Structural changes of pharaonis phoborhodopsin upon photoisomerization of the retinal chromophore : infrared spectral comparison with bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Photoisomerization in rhodopsin"Biochemistry (Mosc). 66. 1197-1209 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Internal water molecules of pharaonis phoborhodopsin studied by low-temperature infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15698 (2001)
• [Publications] A.Terakita: "Functional interaction between bovine rhodopsin and G protein transducin"J. Biol. Chem.. 277. 40-46 (2002)
• [Publications] A.Onishi: "Variations in long-and middle-wavelength-sensitive opsin gene loci in crab-eating monkeys"Vision Res.. 42. 281-292 (2002)
• [Publications] T.Nagata: "Isomer-specific interaction of the retinal chromophore with threonine-118 in rhodopsin"J. Phys. Chem.. (in press). (2002)
• [Publications] T.Okada: "Functional role of internal water molecules in rhodopsin revealed by X-ray cristallography"Proc. Natle. Acad. Sci.. (in press). (2002)
• [Publications] 七田芳則: "視物質はいかにして多様化したのか-分子進化から探る-"現代化学. 362. 55-62 (2001)
• [Publications] 平野貴弘: "視物質における吸収波長制御機構-アニオンによる制御を中心として-"生物物理. 41. 284-289 (2001)
• [Publications] 七田芳則: "ロドプシンの光情報変換過程-立体構造の解明により見えてきたメカニズム-"ピタミン. 75. 300-305 (2001)
• [Publications] 岡田哲二: "ロドプシンの結晶構造からみるG蛋白質共役型受容体の構造・機能連関"蛋白質・核酸・酵素. (印刷中). (2002)
• [Publications] 七田芳則: "生物物理学とはなにか「受容体」(日本生物物理学会編)"共立出版(印刷中). (2001)