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2008 Fiscal Year Annual Research Report

クラミドモナスロドプシンの光受容-チャネル連関メカニズムの分子生理学的研究

Research Project

Project/Area Number 19045004
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

八尾 寛  Tohoku University, 大学院・生命科学研究科, 教授 (00144353)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 哲郎  東邦大学, 薬学部, 教授 (90133769)
Keywordsチャネルロドプシン / クラミドモナス / 光センサー / ロドプシン / イオンチャネル / 活動スペクトル / チャネルキネティクス / 脱感作
Research Abstract

単細胞緑藻類の一種クラミドモナスにおいては、チャネルロドプシン1(ChR1)と2(ChR2)の2種類の古細菌型ロドプシンが光を感知し、走行性や驚光性などの行動を制御している。これらは、分子的に高い相同性を有しており、ともに光によりゲートされるチャネルを形成していると考えられているが、いくつかの性質において異なっている。性質の違いが、分子構造のどのような違いに依存しているのかを検討した。また、イオンチャネル機能に関連している構造を同定した。前年度の研究において、ChR1、ChR2の第5膜貫通領域に、両者を区別する構造が示唆された。そこで、両者において異なる8個のアミノ酸残基を一つずつ置換した変異体を作製した。これらのプラスミドベクターをHEK293細胞にトランスフェクションし、発現細胞をVenusの蛍光で同定し、ホールセルパッチクランプ下に光電流を計測した。(1)ChR2の第5膜貫通領域をChR1の相同セグメントに置き換えることにより、光電流の性質は、以下のように変化した : (1)活性化スペクトルの長波長域シフト、(2)脱感作の減少、(3)オン・オフキネティクスの緩徐化。すなわち、第5膜貫通領域にChR1とChR2の光電流の性質を区別する構造が示唆された。また、ChR2のAsn187をChR1の相同残基であるチロシン(Tyr)に置換することにより、上記と同様の変化が認められた。この変異は可逆的であった。すなわち、Tyr226(ChR1)/Asn187(ChR2)が両者を区別する決定基であることが示唆された。(2)クラミドモナスおよびボルボックスの4種類のチャネルロドプシンを前核動物のロドプシンと区別する構造が第2-3膜貫通領域にある。ここの5つのグルタミン酸残基を一つずつアラニンまたはグルタミンに置換したChR2の変異体を作製した。Glu97を変異したものでは、光電流コンダクタンスが大きく減少したが、それ以外の性質に影響は認められなかった。すなわち、Glu97がチャネルのイオン透過に関運していることが示唆された。

  • Research Products

    (11 results)

All 2009 2008

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Photocurrent attenuation by a single polar-to-nonpolar point mutation of channelrhodopsin-22009

    • Author(s)
      八尾寛, 高橋哲郎, 他
    • Journal Title

      Photochem. Photobiol. Sci. 8

      Pages: 328-336

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular determinants differentiating photocurrent properties of two channelrhodopsins from Chlamydomonas2009

    • Author(s)
      人尾寛, 高橋哲郎, 他
    • Journal Title

      J. Biol. Chem 284

      Pages: 5685-5696

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] β-Phorbol ester-induced enhancement of exocytosis in large mossy fiber boutons of mouse hippocampus2009

    • Author(s)
      八尾寛, 他
    • Journal Title

      J. Physiol. Sci. 59(印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 米受容イオンチャネル・チャネルゴドプシン2を用いたニューロンの光刺激2008

    • Author(s)
      石塚徹, 人尾寛
    • Journal Title

      生物物理 48

      Pages: 180-184

  • [Presentation] Strategic Design of Protein-Based Optical Modules for the Study of Neu ral Network2009

    • Author(s)
      八尾寛, 他
    • Organizer
      ISNM2009 & Asian Core Symposium
    • Place of Presentation
      岡崎市
    • Year and Date
      20090204-07
  • [Presentation] 遺伝子変異を用いた、光感受性陽イオンチャネルChamlehhodopsin-2の電気生理学的キネティクス解析2008

    • Author(s)
      八尾寛, 高橋哲郎, 他
    • Organizer
      第46回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場
    • Year and Date
      20081203-05
  • [Presentation] Application of Chlamydomonas rhodopsins to artificial stimulation of ne urons using blue LED2008

    • Author(s)
      八尾寛, 他
    • Organizer
      The 34th Meeting of the American Society for Ph otobiloloav
    • Place of Presentation
      Burlingame, CA, USA
    • Year and Date
      20080720-28
  • [Presentation] How is photocurrent gated by light-Molecular physiology of channelrho dopsins and Structure-functional analysis of chlamydomonas channelrho dopsin2008

    • Author(s)
      八尾寛, 他
    • Organizer
      Channelrhodopsin and Light-gated Enzymes
    • Place of Presentation
      Frauenchiemsee, Germany
    • Year and Date
      20080519-21
  • [Presentation] Ion permeability of channelrhodopsin2008

    • Author(s)
      八尾寛, 他
    • Organizer
      Channelrhodopsin and Light-gated Enzymes
    • Place of Presentation
      Frauenchiemsee, Germany
    • Year and Date
      20080519-21
  • [Presentation] Kinetic analysis of Channelrhodopsin-2 photocurrent through targeted mutations2008

    • Author(s)
      八尾寛, 高橋哲郎, 他
    • Organizer
      N4uroscience 2008, the Society for Neuroscience's 38th annual meeting
    • Place of Presentation
      Washington, DC USA
    • Year and Date
      2008-11-15
  • [Patent(Industrial Property Rights)] PCT出願2009

    • Inventor(s)
      八尾寛, 石塚徹
    • Industrial Property Rights Holder
      東北大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2008-76538
    • Filing Date
      2009-03-23
    • Overseas

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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