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2022 Fiscal Year Annual Research Report

共通構造から多様な分子機能を生み出す連動性の解明

Research Project

Project/Area Number 20H02693
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

水谷 泰久  大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (60270469)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsアロステリー / ラマン分光法 / タンパク質ダイナミクス
Outline of Annual Research Achievements

タンパク質の物理化学研究の難しさは、タンパク質の構造と機能の多様性にあり、普遍的な原理を見つけにくい点にある。そこで、本研究ではタンパク質の共通構造に着目した。
ロドプシンタンパク質の多くは、共通の発色団および共通の立体構造を持ちつつ、プロトン、ナトリウムイオン、塩化物イオンなど、タンパク質ごとに多様なイオンを選択的に輸送する。これらについて、光励起に誘起された発色団構造の変化を比較した。さらに、イオン輸送の過程でのαヘリックスの向きの変化することも比較した。αヘリックスの向きの変化は、そのヘリックスおよび隣接するヘリックスに存在するアミノ酸残基のイオン親和性に大きな摂動を与えるため、イオン輸送において重要な役割を果たすと考えられる。プロトン輸送、ナトリウムイオン輸送、塩化物イオン輸送の光駆動イオン輸送タンパク質の間で構造変化の比較を行い、ヘリックスの運動にどのような違いがあるのかを明らかにした。
酸素運搬タンパク質の多くは、共通のサブユニット構造を持ちつつ、多様な会合様式によって協同性を示す。これらのうち一部のタンパク質について、酸素分子の結合・解離に伴ってαヘリックスの向きが大きく変化することが示唆されている。αヘリックスの向きの変化は、サブユニットの構造を変化させ、さらにサブユニット接合部位の構造を変化させる。接合部位の構造変化は協同的に各サブユニットの酸素親和性を変化させるため、協同的な酸素親和性発現において重要な役割を果たすと考えられる。そこで、ヘリックスに含まれるトリプトファン残基の共鳴ラマンバンドおよびアミドバンドの時間分解観測を行い、酸素分子の脱離後、αヘリックスに逐次的にどのような動きが起きるかを調べた。会合様式が異なる酸素運搬タンパク質の間で構造変化の比較を行い、ヘリックスとサブユニット接合部位とのカップリングにどのような違いがあるのかを明らかにした。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Weizmann Institute of Science(イスラエル)

    • Country Name
      ISRAEL
    • Counterpart Institution
      Weizmann Institute of Science
  • [Journal Article] Chromophore Structure in an Inactive State of a Novel Photosensor Protein Opn5L1: Resonance Raman Evidence for the Formation of a Deprotonated Adduct at the 11th Carbon Atom2023

    • Author(s)
      Misao Mizuno, Keita Sato, Takahiro Yamashita, Kazumi Sakai, Yasushi Imamoto, Yumiko Yamano, Akimori Wada, Hideyo Ohuchi, Yoshinori Shichida, and Yasuhisa Mizutani
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 127 Pages: 2169-2176

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c08780

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Protein dynamics of a light-driven Na+ pump rhodopsin probed using a tryptophan residue near the retinal chromophore2023

    • Author(s)
      Akihiro Otomo, Misao Mizuno, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: e201016

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.s016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Time-resolved spectroscopic mapping of vibrational energy flow in proteins: Understanding thermal diffusion at the nanoscale2022

    • Author(s)
      Yasuhisa Mizutani and Misao Mizuno
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 157 Pages: 240901

    • DOI

      10.1063/5.0116734

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Origin of a Double-Band Feature in the Ethylenic C=C Stretching Modes of the Retinal Chromophore in Heliorhodopsins2022

    • Author(s)
      Taito Urui, Ishita Das, Misao Mizuno, Mordechai Sheves, Yasuhisa Mizutani
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 126 Pages: 8680-8688

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c04883

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Contact-Mediated Retinal-Opsin Coupling Enables Proton Pumping in Gloeobacter Rhodopsin2022

    • Author(s)
      Tomomi Shionoya, Misao Mizuno, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 126 Pages: 7857-7869

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c04208

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cis-Trans Reisomerization Precedes Reprotonation of the Retinal Chromophore in the Photocycle of Schizorhodopsin 42022

    • Author(s)
      Kouhei Hayashi, Misao Mizuno, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 6161 Pages: e202203149

    • DOI

      10.1002/anie.202203149

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ナトリウムイオン輸送タンパク質の多量体形成に依存した分子内水素結合変化2023

    • Author(s)
      中村 大輝、水野 操、大友 章裕、神取 秀樹、水谷 泰久
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] Contact-Mediated Retinal-Opsin Coupling Enables Proton Pumping in Gloeobacter Rhodopsin2022

    • Author(s)
      Tomomi Shionoya, Misao Mizuno, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of Structural Changes Essential to Inward Proton Transport Common to Schizorhodopsins2022

    • Author(s)
      aito Urui, Kouhei Hayashi, Misao Mizuno, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural analysis on the M intermediates of inward proton-pumping xenorhodopsins2022

    • Author(s)
      Kouhei Hayashi, Taito Urui, Misao Mizuno, Hideki Kandori, Yuki Sudo, Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Resonance Raman Observation of Structural Changes in Inward Proton-Pumping Rhodopsins2022

    • Author(s)
      Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomic Packing and Dynamics of Proteins2022

    • Author(s)
      Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      20th KIAS Conference on Protein Structure and Function & The 7th Korean-Polish Conference on "Protein Folding: Theoretical and Experimental Approaches"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] シゾロドプシンに共通する内向きプロトン輸送に重要な構造変化の同定2022

    • Author(s)
      潤井 泰斗、林 航平、水野 操、井上 圭一、神取 秀樹、水谷 泰久
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
  • [Presentation] Time-resolved resonance Raman observation of the photoexcited retinal chromophore in halorhodopsin2022

    • Author(s)
      Zixuan Li, Misao Mizuno, Hideki Kandori, and Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
  • [Presentation] 祖先型グロビンフォールドタンパク質の構造ダイナミクスの解明2022

    • Author(s)
      入谷 悠、石川 春人、水野 操、水谷 泰久
    • Organizer
      第16回分子科学討論会
  • [Presentation] Time-resolved Resonance Raman Observation of Quaternary Structural Changes of Dimeric Hemoglobin2022

    • Author(s)
      Xiang Gao, Misao Mizuno, Haruto Ishikawa, Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] Time-resolved resonance Raman observation of the chromophore structure in primary intermediates of microbial rhodopsins2022

    • Author(s)
      Zixuan Li, Misao Mizuno, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] 共鳴ラマン分光法による祖先型グロビンフォールドタンパク質のヘム-軸配位子構造の解明2022

    • Author(s)
      入谷 悠、石川 春人、水野 操、水谷 泰久
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] 内向きプロトンポンプシゾロドプシンにみられる複数のM中間体の発色団構造解析2022

    • Author(s)
      林 航平、水野 操、神取 秀樹、水谷 泰久
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
  • [Presentation] AlphaFold 時代にこそ重要性を増す振動分光学2022

    • Author(s)
      水谷 泰久
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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