2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creaton of photo-activated ion channel for regulating intracellular ionic environment by light
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18K06168
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
平野 美奈子 岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (80585167)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / イオンチャネル |
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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（光活性化アデニル酸シクラーゼ、PAC）の光依存的な構造変化の測定を行い、光感受性イオンチャネルの創製に繋がる新たな知見を得た。詳細を下記に記す。
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の構造変化を多分子レベルで捉えた。具体的には、PACのタンパク質表面に位置する特定のアミノ酸残基をシステイン残基に置換した変異体を作製し、そのシステイン残基をテトラメチルローダミン（TMR）－マレイミドで特異的に標識した。TMRは疎水性環境下では蛍光強度が高く、親水性では低いといった特性がある。TMR標識PACへ青色光照射をオン/オフし、PACの活性化/不活性化に伴うTMRの蛍光の変化を測定した。その結果、V350とT309に標識した変異体では、青色光照射によって蛍光強度が低下し、照射オフ後20秒以内に暗所時の蛍光強度に戻る様子が確認された。このことから、これらのアミノ酸が存在する部位は活性化状態と不活性化状態で構造状態が異なり、活性化状態から不活性化状態に約20秒で戻ることがわかった。一方、I325とS311に標識した変異体では蛍光強度の変化は見られなかった上、活性がほとんどなくなっていた。変異による影響で構造変化が起きず、ATPからcAMPへの変換が起きなかったと考えらえる。よって、PACのV350が存在するC末端領域付近にイオンチャネルを融合させることができれば、光依存的なPACの構造変化を利用してチャネルの開閉を光制御できると考えらえる。
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