2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of channelrhodopsin for infrared control of cells

Research Project

Project/Area Number	19K21848
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	今元泰京都大学, 理学研究科, 准教授 (80263200)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	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
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。2019年度には、長波長シフトしたチャネルロドプシンのバリアントであるChrimsonRやReaChRに共役二重結合系を延長したレチナールアナログを発色団として導入することで、天然に存在するチャネルロドプシンよりも長波長シフトしたチャネルロドプシンを創生することを試みた。2020年度は、効率よく色素が生成したReaChRアナログの光反応サイクルを、時分割紫外可視分光によって詳細に検討した。A1レチナールのポリエン鎖に二重結合を追加したレチナールアナログを発色団とするReaChRアナログでは、追加する位置に関わらず光反応サイクルを示した。一方、A2レチナールのポリエン鎖に二重結合を追加したレチナールアナログを発色団とするReaChRアナログでは、光反応の効率が追加する位置によって大きく異なることがわかった。デヒドロβイオノン環と9-メチル基の間、あるいは9メチル基と13メチル基との間に二重結合を追加した場合には、吸収スペクトルの長波長シフトは大きかったが、光反応の効率は著しく低下していた。一方、13メチル基とシッフ塩基結合との間に二重結合を追加した場合には、吸収スペクトルの長波長シフトはやや小さかったが、通常のA1レチナールを発色団とするReaChRと同等の光反応の効率を示した。ReaChRでは、M中間体とN中間体がイオン透過状態であると考えられているが、このReaChRアナログでもM中間体に相当する中間体の生成が確認できた。次年度は電気生理学的手法によって、細胞中での膜電位の変化を誘導できるかを検討する予定である。
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。2020年度には光反応サイクルを解析し、作成したReaChRアナログの中にイオン透過が可能であると期待されるものを見出すことができた。2021年度は電気生理学的手法によって膜電位の変化を測定する予定である。
Strategy for Future Research Activity	レチナールアナログを発色団とするReaChR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。
Causes of Carryover	新型コロナ感染症対策のため、予定していた国際学会・国内学会が中止やオンライン開催となった。また、他大学との研究打ち合わせのための出張を取りやめオンライン会議などで対応した。以上のことから旅費が不要となったことが主な原因である。次年度では消耗品の購入にあてる予定である。