2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of channelrhodopsin for infrared control of cells
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19K21848
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今元 泰 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80263200)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | チャネルロドプシン / レチナールアナログ / 脱分極 / オプトジェネティクス / 膜電位 / 光反応サイクル / 共役二重結合系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画では、赤外線LEDで細胞を操作することを目的として、近赤外光で駆動するチャネルロドプシンの創製を目指している。これまでの研究では、最も安定で広く用いられているチャネルロドプシン蛋白質であるC1C2に化学修飾したレチナールを結合させることで長波長シフトさせることを試みてきたが、C1C2はもともと青色光領域に吸収帯があるため、長波長シフトには限界があると考えられた。そこで、さらなる長波長シフトを目指すため、長波長シフトしたバリアントであるReaChRやChrimsonRにレチナールアナログを導入した。その結果、ChrimsonRではレチナールアナログとの親和性が低く、内在性のレチナール由来の色素が多く生成した。内在性のレチナール由来のスペクトルを差し引くことで、レチナールアナログを発色団とするChrimsonRの吸収スペクトルが大きく長波長シフトすることは確認できたが、実用化のためには、結晶構造をもとに結合効率を向上させるアミノ酸残基の変異を導入することが必要であると考えられた。一方、ReaChRは効率よくレチナールアナログと結合し、長波長シフトしたチャネルロドプシンアナログが生成した。予備的な実験から、これらのアナログは長波長シフトするものの、光活性化効率が低いと考えられたので、2020年度には光反応サイクルの詳しい解析を行うことを計画している。また、作製したチャネルロドプシンの生理活性を確認するため、チャネルロドプシン遺伝子をHEK細胞に導入し、レチナールアナログを添加することで生細胞内で長波長シフトしたチャネルロドプシンを生成させることを試みた。また、電気生理学的に光依存的な膜電位変化を計測する実験条件を検討した。
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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
2019年度には、共役二重結合系を延長したレチナールアナログをReaChRやChrimsonRに導入することに成功した。元のレチナールよりも長いレチナールアナログは、立体障害のために結合しないことも考えられたが、長波長シフトしたチャネルロドプシンが生成することが確認できたことから、2020年度以降もこの系を改良しつつ研究を発展させる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
レチナールアナログを発色団とするReaChRやChrimsonRの光反応サイクルを解析する。また、これらが実際にチャネル活性を持つかどうかを電気生理学的に解析する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じたのは、マルチチャネル分光器が計画段階よりも安価で調達できたこと、他大学との研究打ち合わせのための出張を取りやめメールなどで対応したこと、別の研究課題で財団の助成を得たために本研究のデューティが下がったことなどが原因である。次年度では消耗品の購入にあてる予定である。
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Research Products
(1 results)
