2019 Fiscal Year Research-status Report
細胞内イオン環境の光制御のための新規光感受性イオンチャネルの創製
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18K06168
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| Research Institution | The Graduate School for the Creation of New Photonics Industries |
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Principal Investigator |
平野 美奈子 光産業創成大学院大学, 光産業創成研究科, 講師 (80585167)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | イオンチャネル / 光感受性タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、非侵襲な光での細胞内イオン環境制御による細胞機能の操作を目指して、光照射で活性が制御される新規光感受性イオンチャネルを創製することを目的としている。本年度は、新規光感受性イオンチャネルの構成要素である光感受性タンパク質の一種（PAC）の光依存的な構造変化の解明と、細胞内イオン環境をモニターする系の確立、候補チャネルの活性の測定を行った。下記に詳細を示す。
1. 光刺激によってATPからcAMPを生産するタンパク質であるPACのATP結合部位の構造が光依存的に変化することを、蛍光色素の環境依存的な特性を利用して明らかにした。光照射オン・オフ時の蛍光強度の変化を捉えた結果、ATP結合部位付近は暗所では疎水的な環境にある一方、光照射時には親水的な環境下に存在することがわかった。つまり、暗所時にはタンパク質内部に位置するATP結合部位が、光照射時にはATPが結合しやすいように外部に晒された位置に構造変化すること示唆された。このことにより、光感受性チャネル作製時にはこの領域にイオンチャネルの活性制御部位を結合させることで、この領域の光依存的な構造変化を利用してイオンチャネルを光制御できる可能性があることが示唆された。
2. 細胞内のイオン環境をモニターするための系を立ち上げた。アフリカツメガエルの卵母細胞に既知のイオンチャネルを発現させ、その活性を電気生理学的手法により捉えた。今後、作製する光感受性イオンチャネルを卵母細胞に発現して光依存的なイオン環境の変化を捉えられることを確認できれば、作製する光感受性イオンチャネルの細胞での性能を評価することができるだろう。
3. これまでに候補となっていた光感受性チャネルの光依存的な活性を電気生理学的手法により確認したが、明確な光依存性は見られなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度実施した研究により、光感受性キメラチャネルの構成要素である光感受性タンパク質PACの構造変化についての情報を得られた。この情報は光感受性チャネルの設計に有用な情報であり、光依存的にPACの構造が変化する部位をイオンチャネルの活性制御部位に結合させれば、チャネルのPACによる光操作が可能になるであろう。
また、アフリカツメガエルの卵母細胞を用いて細胞中のイオン環境の変化を電気生理学的手法により捉える系を立ち上げた。この系は、今後作製する光感受性チャネルを評価するのに役立つであろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度得られたPACの構造情報を踏まえ、PACとイオンチャネルの新たなキメラチャネルを作製する。作製したキメラチャネルの光感受性を、チャネルを単離した系と細胞の系との両方で調べる。
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| Causes of Carryover |
本研究を推進中に新たな光感受性タンパク質の構造状態の情報が得られたため、この情報をもとに計画していたキメラタンパク質の設計を検討し直す必要があったため。
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