2020 Fiscal Year Research-status Report
Structural analyses of reaction states of ion-pumping rhodopsin
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19K06582
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
神山 勉 名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (30170210)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 准教授 (90223297)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光駆動プロトンポンプ / 光駆動塩素イオンポンプ / バクテリオロドプシン / アーキロドプシン / ハロロドプシン / 反応中間体の構造解析 / 光反応サイクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）バクテリオロドプシンのプロトン輸送サイクルは、通常、K、L、M、N、およびOの5つの反応中間体で記述される。反応サイクルの前半部分で起こるタンパク質の構造変化については詳細な情報が蓄積されてきているが、反応サイクルの後半部分については構造情報が不足しており、N→O転移で起こるとされている13-cis、15-anti型から13-trans、15-anti型へのレチナールの異性化の機構が未解明のままである。我々はO中間体の構造情報を得ることを目指しており、それに先立ち、O中間体の振舞いを正しく理解する作業に取り組んだ。具体的には、バクテリオロドプシンおよび類似の光駆動プロトンポンプであるアーキロドプシンの光反応サイクルに及ぼすｐH及びイオン強度の影響を詳細に調べた。その結果、これらのプロトン輸送タンパク質のO中間体には吸収スペクトルが少し異なる2つのsubstate（O1、O2）があることが示され、また、細胞質側からのプロトンの取り込み過程（N→O1転移）がレチナールの異性化（O1→O2転移）に先立って起こることが示唆された。
２）Natronomonas pharaonis JCM8858株を使ったUV変異導入実験を、UV照射線量を0～150 J/m2で３段階程度に変更して、40回程度行った。未照射条件、15, 55, 100 J/m^2の照射条件でそれぞれ100株程度をサンプリングして、ゲノム DNAを取り、ライブラリーを作成して、シーケンスを行った。興味深いことに、UV照射で得られたおよそ１万コロニーの中で、たった一つだけ完全にカロテノイド合成能を失った白い株が得られた。この株は、走性を持っているので、ロドプシン類の機能発現実験に使用できると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光駆動プロトンポンプ（バクテリオロドプシンおよびアーキロドプシン）の反応サイクルの最終段階で生じるO中間体（構造未決定）のX線結晶構造解析を目指しているが、この反応中間体を効率的にトラップするための最適条件を見つける作業（反応キネティックスの解析）に手間取っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）バクテリオロドプシンおよびアーキロドプシンの光反応サイクルの解析を継続して行う。
２）バクテリオロドプシンおよびアーキロドプシンの結晶化を行い、目的とする反応中間体の構造決定に適した結晶を作製する。
３）バクテリオロドプシンまたはアーキロドプシンのO中間体の構造決定を目指す。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍にあり、学会発表がOn-Lineで行われたため、予定していた旅費を使用する機会がなかった。
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[Journal Article] Loss of cell wall integrity genes cpxA and mrcB causes flocculation in Escherichia coli2021
Author(s)
Sugawara Keita, Toyoda Hayato, Kimura Mami, Hayasaka Shunsuke, Saito Hiromi, Kobayashi Hiroshi, Ihara Kunio, Ida Tomoaki, Akaike Takaaki, Ando Eiji, Hyodo Mamoru, Hayakawa Yoshihiro, Hamamoto Shin, Uozumi Nobuyuki
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Journal Title
BIOCHEMICAL JOURNAL
Volume: 478
Pages: 41-59
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Presynaptic MAST kinase controls opposing postsynaptic responses to convey stimulus valence in Caenorhabditis elegans.2020
Author(s)
Shunji Nakano, Muneki Ikeda, Yuki Tsukada, Xianfeng Fei, Takamasa Suzuki, Yusuke Niino, Rhea Ahluwalia, Ayana Sano, Rumi Kondo, Kunio Ihara, Atsushi Miyawaki, Koichi Hashimoto, Tetsuya Higashiyama, Ikue Mori
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 117
Pages: 1638-1647
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Haloarcula mannanilytica sp. nov., a galactomannan-degrading haloarchaeon isolated from commercial salt2020
Author(s)
Enomoto Shigeaki, Shimane Yasuhiro, Ihara Kunio, Kamekura Masahiro, Itoh Takashi, Ohkuma Moriya, Takahashi--Ando Naoko, Fukushima Yasumasa, Yoshida Yasuhiko, Usami Ron, Takai Ken, Minegishi Hiroaki
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Journal Title
INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY
Volume: 70
Pages: 6331-6337
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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