Molecular mechanisms for conversion and transduction of light signal in a light-activatable transcription factor

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06586
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Hisatomi Osamu 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60231544)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: オーレオクローム / LOVドメイン / フラビン / bZIP / 光制御型転写因子

Outline of Final Research Achievements

In this study, we attempted to clarify the molecular mechanism of light signal conversion and transduction of AUREO1, using a light-activatable transcription factor (Photozipper) that we developed as a model protein. Our results indicated that light signal received by the chromophore flavin mononucleotide (FMN) induces a conformational change of LOV core through several amino acids close to FMN, which causes the deformation of the hydrophobic surface on the β-sheet of LOV core. It subsequently induces the detachment of A’α helix flanking to LOV core and the exposes the dimerization surface of LOV core, and result in the increment of its affinity for the target DNA sequence. Our studies strongly suggested the essential mechanism of aureochromes, and may provide valuable insights to understand the molecular mechanisms of other LOV proteins.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ビタミンB2であるフラビンは、すべての生物に必要不可欠な原子団である。フラビンは酸化還元反応を触媒する多くのタンパク質に含まれるとともに、青色光を受容するための光センサータンパク質中に存在することが知られている。光センサーとしてフラビンを利用するタンパク質には、light oxygen voltage（LOV）ドメインという特徴的な領域が存在する。本研究により、オーレオクロームのLOVドメインの光情報の変換と伝達の分子機構が解明された。本研究により得られた知見は、他のフラビンタンパク質の作動原理の解明や、新たな光遺伝学ツールの作成にも有用であると考えられる。