ハロバクテリアの走光性レセプターフォボロドプシンの生物物理化学的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13470475
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 加茂 直樹 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (10001976)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鷲見 正人 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 助手 (30281819) ; 奈良 敏文 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 助手 (30241350)
• Keywords: 高度好塩菌 / バクテリオロドプシ / フォボロドプシン / Natronobacterium pharaonis / 吸収波長 / 走光性 / 固体NMR / 膜タンパク安定性

Research Abstract

1)吸収波長の問題:高度好塩菌に存在する4種のレチナールタンパク(バクテリオロドプシン,ハロロドプシン・センソリーロドプシン,フォボロドプシン)のうち,フォボロドプシンのみがその吸収波長が約500nmにあり,他の3種は580nm付近にある.Natronobacterium pharaonisの負の走光性のレセプターであるフォボロドプシン,ppRを研究材料として,この問題を考察した.ppRとバクテリオロドプシン(bR)とはX線構造は極めて類似しているにもかかわらず,吸収波長が約80nm異なる原因を,ppRとbRのキメラタンパクを作製して検討した.その結果,数種のアミノ酸残基が関係するのではなく,広範囲なヘリクッス/ヘリクッス相互作用が吸収波長を決定していると結論した.
2)トランスジューサタンパクとの相互作用:ppRは細胞膜中でトランスジューサタンパクと相互作用をする.トランスジューサタンパクと結合すると熱安定性が増すことを利用して,種々の変異体のトフンスジューサへの結合をしらべ,どのアミノ酸残基が結合に重要かを調べた.
3)固体NMRによるダイナミクスの研究:X線結晶構造の結果では,トランスジューサと結合してもppRの構造は,単体の場合と全く変わらないことが明らかにされている.しかし,[13C]AlaまたはValでラベルした試料を用いて,固体のNMRでダイナミクスを調べると,2箇所の位置で,そのダイナミクスが変化することを明らかにした.
4)Arg-72の意義:この位置のアルギニンは,高度好塩菌のレチナールタンパクにすべて保存されており,そのため重要なアミノ酸残基であると考えられている.ppRでは,構造を保つために必要であることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] Y.Ikeura, K.Shimono, M.Iwamoto, Y.Sudo, N.Kamo: "Arg-72 of pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II) is important for the maintenance of the protein structure in the solubilized state"Photochem.Photobiol. 77. 96-100 (2003)
• [Publications] T.Arakawa, K.Shimono, S.Yamaguchi, S.Tsuji, Y.Sudo, N.Kamo, H.Saito: "Dynamic structure of pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II) and complex with a cognate truncated transducer as revealed by site-directed 13C solid-state NMR"FEBS Letters. 536. 237-240 (2003)
• [Publications] Y.Furutani, Y.Sudo, N.Kamo, H.Kandori: "FTIR spectroscopy of the complex between pharaonis phoborhodopsin and its transducer protein"Biochemistry. 42. 4837-4842 (2003)
• [Publications] K.Shimono, T.Hayashi, Y.Ikeura, Y.Sudo, M.Iwamoto, N.Kamo: "Importance of the broad regional interaction for spectral tuning in Natronobacterium pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II)"J.Biol.Chem.. 278. 23882-23889 (2003)
• [Publications] M.Sato, T.Kikukawa, K.Shimono, N.Kamo, M.Demura, K.Nitta et al.: "Ser-130 of Natronobacterium pharaonis halorhodopsin is important for the chloride binding"Biophys.Chem.. 104. 209-216 (2003)
• [Publications] Y.Sudo, M.Yamabi, M.Iwamoto, K.Shimono, N.Kamo: "Interaction of Natronobacterium pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II) with its cognate transducer probed by increase in the thermal stability"Photochem.Photobiol.. 78. 511-516 (2003)