2019 Fiscal Year Research-status Report

クロライドポンプNM-R3イオン輸送機構の解明と時分割シリアルフェムト秒構造解析

Research Project

Project/Area Number	17K07324
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	保坂俊彰国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (40462725)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	X線結晶構造解析 / クロライドイオンポンプ / SACLA / 時分割結晶構造解析
Outline of Annual Research Achievements	海洋性細菌Nonlabens marinus由来NM-R 3 (N. marinus rhodopsin-3)は光駆動性クロライドポンプである。光駆動性クロライドポンプの中で最も研究が進展しているハロロドプシン(HR)とは異なる系統から独自に進化し、アミノ酸配列から大きな違いが認められる。申請者は、このNM-R3の構造解析に成功し、HRやバクテリオロドプシンなど他の細菌型ロドプシンとの相違点を明らかとしたが、詳細なイオン輸送機構については未知の部分が残っている。そこで、本研究では、NM-R3のイオン輸送機構の詳細な解明を、構造の面から明らかとすることを目的とした。 2019年度は、研究実施計画に基づいて、大腸菌無細胞合成系を用いてNM-R3を合成・精製・結晶化を行い、①共同研究者と合同で分光法による実験を行い、ヨウ素や臭素を基質として用いた時の、結晶中での光反応サイクルを同定し、②X線自由電子レーザー施設SACLA（SPring-8 Angstrom Compact Free Electron Laser）において、2018年度のデータを追加する形で、時分割でのserial femtosecond crystallographyによる回折実験（ポンプ-プローブ実験）を行った。構造解析・精密化を行ったところ、データ数を増やしたことにより、より構造変化がはっきりと同定することができた。現在は、論文化するためにより詳細な構造精密化を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason SACLAでの時分割serial femtosecond crystallographyによる構造解析と、光反応サイクルの同定については、当初の予定通りに進捗している。構造精密化の部分について、より詳細に検討したために当初予定よりは遅れている。
Strategy for Future Research Activity	2020年は、SACLAでのデータ収集は終わっているため、できるだけ早く論文を投稿する作業を続けている。
Causes of Carryover	大腸菌無細胞合成系におけるサンプル合成の効率が非常によく、SALCA用の微小結晶作成が順調に進んだため、大腸菌無細胞合成試薬の使用量が予想より少なかったため、残額が生じた。今後は論文投稿のための英文校閲などのために、予算を2020年度に持ち越した。