2021 Fiscal Year Annual Research Report
Visualizing protein motions using molecular photoswitching
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20H02695
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水野 操 大阪大学, 理学研究科, 助教 (10464257)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | タンパク質ダイナミクス / 分子光スイッチング / 時間分解紫外共鳴ラマン分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質の機能は、外部刺激による構造変化により生み出される。タンパク質機能を生み出す過渡的な分子運動の観測には、反応のタイミングが同期した分子アンサンブルのスペクトルを計測し、時間的精度が高い良質なスペクトルを得る必要である。これに対して、光による反応タイミング制御がきわめて有効である。実際に、光受容タンパク質では光が外部刺激として構造変化を誘発するため、反応中間体の構造研究が多く行われている。一方、多くのタンパク質では、機能発現スイッチに光が利用されることはなく、時間的精度が高いダイナミクス観測が困難であった。
本研究では、機能発現スイッチとして光反応により分子長や電荷分布が変化する小分子をタンパク質に導入し、反応タイミングの同期を行う（分子光スイッチング）。光によって誘起したタンパク質構造変化のダイナミクスを、芳香族アミノ酸残基および主鎖に由来するラマンバンドをプローブとして、時間分解紫外共鳴ラマン分光法により観測する。これにより、原子レベルの空間スケールかつピコ秒からサブ秒までの幅広い時間スケールで、機能発現に関わる構造ダイナミクスを観測する手法を確立する。
本年度は、分光測定の実施に必要な大量の精製タンパク質試料を得るため、光スイッチングを行うアゾベンゼンやスピロピランを導入したタンパク質試料調製方法を検討した。これと並行して、異なる波長の吸収帯をもつ多様なスイッチング分子の光反応に応用できるように、新たな光源を導入し既存の分光システムを改良した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
分光測定を行うには、大量の精製タンパク質試料が必要なため、光スイッチングを行うアゾベンゼンやスピロピランを導入したタンパク質試料の調製方法の確立に時間を要している。このためタンパク質ダイナミクス観測を行うまで研究を推進できなかった。
一方、異なる波長の吸収帯をもつ多様なスイッチング分子の光反応へ応用できるように分光システムを改良した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究対象となる光スイッチングタンパク質（分子認識・分子ゲート・基質結合アロステリック制御）試料の調製方法を引き続き検討し確立する。
スペクトル計測を行うための分光システムはすでに稼働しているため、これを用いて光スイッチングタンパク質のダイナミクス観測を行い、それらの機能発現における分子機構を解明する。
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