2020 Fiscal Year Annual Research Report
The study on the transport mechanism of light-driven inward proton pump and its application to optogenetics
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17H03007
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井上 圭一 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90467001)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ロドプシン / 内向きプロトンポンプ / オプトジェネティクス / レーザー分光 / レチナール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、前年度に新たに発見したアスガルドアーキアおよび海洋性微生物由来の内向きH+ポンプであるシゾロドプシン（SzR）について、より詳細な輸送メカニズムの解明のため、東京大学・大学院理学研究科・濡木研究室との共同研究により、X線結晶構造解析に取り組んだ。その結果アスガルドアーキア由来のSzRの一つ（SzR4）について、結晶を得ることに成功し、さらにそれを用いたX線結晶回折実験によって2.1オングストロームの分解能でSzR4の三次元構造を得ることに成功した。その結果SzR4の構造はバクテリオロドプシンなどのType-1型の微生物ロドプシンに近いことが明らかとなった。SzRは進化的にType-1型の微生物ロドプシンとヘリオロドプシンの中間に位置すると考えられているが、この構造の類似性からSzRもType-1型の微生物ロドプシンの１種であることが明らかとなった。またSzR4は膜貫通へリックスのうち３本（TM2、TM6およびTM7）の細胞質側が一般的な微生物ロドプシンと比べて短くなっていることが見出された。これまでの研究により、SzRは本研究課題のもう一つの研究対象で、別種の内向きH+ポンプであるPoXeRと異なり、レチナールから細胞質側の溶液へ直接H+が放出されることが示唆されていたが、今回のSzR4の構造はその原因が上記のへリックスの細胞質側が短く、H+アクセプターであるGlu81が細胞質側の溶媒に近いことにあることを示すものである。また構造情報と網羅的なアミノ酸変異体作製により、SzRのイオン輸送に重要な残基の大部分はTM3上に分布し、これらがイオン輸送経路を形成することが明らかとなった。SzRは長波長吸収型と、短波長吸収型の２種類があることが知られているが、主にSzR4のAsn100およびVal103の位置のアミノ酸の違いによりこの違いが生まれていることを示した。
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| Research Progress Status |
令和2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 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Exploration of Natural Red-shifted Rhodopsins Using a Machine Learning-based Bayesian Experimental Design2021
Author(s)
Keiichi Inoue, Masayuki Karasuyama, Ryoko Nakamura, Masae Konno, Daichi Yamada, Kentaro Mannen, Takashi Nagata, Yu Inatsu, Hiromu Yawo, Kei Yura, Oded Beja, Hideki Kandori, Ichiro Takeuchi
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Journal Title
Communications Biology
Volume: 4
Pages: 362
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Time-Resolved Serial Femtosecond Crystallography Reveals Early Structural Changes in Channelrhodopsin2021
Author(s)
K. Oda, T. Nomura, T. Nakane, K. Inoue, S. Ito, J. Vierock, ... R. Ishitani, S. Hayashi, H. Kandori, P. Hegemann, S. Iwata, M. Kubo, T. Nishizawa, O. Nureki
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Journal Title
eLife
Volume: 10
Pages: e62389
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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