2017 Fiscal Year Annual Research Report
Structural study of light-driven sodium pump
| Project/Area Number |
15H02391
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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) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ロドプシン / ナトリウムポンプ / 光反応サイクル / 結晶構造解析 / 赤外分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光駆動ポンプとして機能する微生物型ロドプシンとしては、プロトン以外の陽イオンポンプは存在しないと長年、考えられてきたが、我々は2013年に海洋性細菌から光駆動ナトリウムポンプを発見した。本研究では、この新規ロドプシンのメカニズムを明らかにするための構造解析を行うことを計画した。Ｘ線結晶構造解析を用いて立体構造を決定するとともに、我々が世界をリードする赤外差スペクトル分光法を用いて光反応中間体の構造解析を行い、なぜナトリウムイオンが一方向に輸送されるのか明らかにすることを目指した。
我々は平成２７年度に、東大・濡木研との共同研究により光駆動ナトリウムポンプの結晶構造を決定することに成功した。我々の研究室で行った機能解析の実験と組合せることで、ナトリウムイオンの輸送モデルを提唱することができ、Nature誌にArticleとして掲載された。平成２８年度には、ラマン散乱法を用いてダイナミクス解析を行った結果を論文発表することができた。さらに光駆動ナトリウムポンプを含むイオンポンプの機能転換を試みたところ、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。
最終年度となる平成２９年度には、進化と関係した非対称な機能転換について、系統的な赤外分光解析により、ロドプシンの活性中心に存在する強い水素結合を形成した水分子との相関を明らかにした。このような水分子はプロトンポンプ機能に必須であることを明らかにしてきたが、クロライドポンプやナトリウムポンプといった新たな機能を獲得しても水分子の水素結合は保存されていたのである。さらに光駆動ナトリウムポンプに対して全反射法を用いた論文を発表し、時間分解法による解析の結果は論文を投稿中である。このように、本研究課題の期間内に結晶構造解析から種々の赤外分光解析を達成することができた。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] “Effect of point mutations on the ultrafast photo-isomerization of Anabaena sensory rhodopsin.”2018
Author(s)
D. Agathangelou, Y. Orozco-Gonzalez, M. del Carmen Mar; P. P. Roy, J. Brazard,H. Kandori, K. -H. Jung, J. Léonard, T. Buckup, N. Ferre;, M. Olivucci, S. Haacke*
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Journal Title
Faraday Discuss.
Volume: 207
Pages: 55-75
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] "Function conversion between CPD and (6-4) photolyases"2017
Author(s)
D. Yamada, H. M. Dokainish, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, K. Yura, A. Kitao, H. Kandori
Organizer
19th International Union of Pure and Applied Biophysics (IUPAB) and 11th European Biophysical Societies' Association (EBSA) Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] "Functional conversion of CPD and (6-4) photolyases"2017
Author(s)
D. Yamada, H. M. Dokainish, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, K. Yura, A. Kitao, H. Kandori
Organizer
Soft molecular systems, 5th symposium
Int'l Joint Research
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