2022 Fiscal Year Annual Research Report
光受容体タンパク質が形成する超分子構造とシグナル伝達の分子動態機構の解明
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20H03223
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山下 隼人 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (10595440)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 文夫 神戸大学, 理学研究科, 名誉教授 (80093524)
森垣 憲一 神戸大学, バイオシグナル総合研究センター, 准教授 (10358179)
粟津 暁紀 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (00448234)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光受容体 / ロドプシン / GPCR / 高速原子間力顕微鏡 / バイオイメージング / クラスター / シグナル伝達 / 1分子動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光受容体ロドプシン(Rh)の1分子レベルでの構造変化やシグナル伝達分子であるG蛋白質トランスデューシン(Gt)との相互作用を高速原子間力顕微鏡(高速AFM)で捉えることを目指しており、昨年度、Rh超分子クラスターの高分解能観察により暗状態からの光照射に伴う構造変化の一端を捉えることに成功している。そこで本年度はGtを投与することで、RhとGtとの相互作用の観察を行った。これまでに構築した完全暗所赤外高速AFMを用いて、暗所でRh超分子クラスターを観察中にGtを投与したところ、多数のGt分子がRhクラスター上を拡散する様子を観察することができた。それらを注意深く調べるとRh2量体列上を一方向へ拡散するGt分子が存在することを見つけた。更に、拡散するGtを観察中に光を照射したところ、次第にその拡散する速さが低下し、Rhクラスター上で不動化するGtが観察された。これらは暗所下で見られなかった挙動であり、光照射に伴ってRhとGtの相互作用が変化し、Rhと強く相互作用したGt分子が結合したと考えられる。
一方で、Rh上にGtが結合した環境下で、高速AFM観察中にGTPγSを投与したところ、結合したGtの一部で解離する様子が見られた。本研究で用いている超分子クラスターを形成するRhサンプルを生化学解析した結果、Urea膜と同程度に活性があることが分かり、高速AFMで観察されたこれらの分子挙動はRhとGtとの光シグナル伝達の過程を示すものと考えられる。また、Rh結晶構造の粗視化構造モデルから分子運動の予測解析を行ったところ、Rhの構造揺らぎに関して、揺らぎの大きい方向の特徴が見えてきた。今後この解析を詳細に行うことで、高速AFMで観察された分子挙動の検証が期待できる。以上の成果により、光受容体超分子構造によるシグナル伝達の分子動態機構における重要な知見を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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