Development of a method for optical control of protein localization based on conformational control of cyclic ligands

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kowada Toshiyuki 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40584397)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光応答性分子 / タンパク質二量化 / フォトクロミック / 蛍光イメージング

Outline of Final Research Achievements

To establish a method for photocontrol of intracellular protein localization, we attempted to synthesize photoresponsive cyclic ligands for protein tags. In addition, we developed a photochromic protein dimerizer that can induce association and dissociation of two types of protein tags in a light-irradiation-dependent manner. Using this dimerizer, we achieved optical control of protein localization in living cells and also applied this system in photoregulation of mitophagy induction.

Free Research Field

ケミカルバイオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内で多くのタンパク質は特定のタイミングで局在を変化させ、その機能を発現している。したがって、細胞内タンパク質の局在制御法は複雑な生命機序を理解する上で強力な基盤技術である。しかし、既存の光操作技術である光遺伝学（オプトジェネティクス）やケージド化合物を用いた化学的タンパク質二量化法では、二量体形成の光可逆性などに課題が残されていた。本研究で開発したフォトクロミックタンパク質二量化剤を用いることで、細胞内タンパク質局在の迅速かつ可逆的な光制御、ならびに細胞内シグナル伝達の活性化を達成した。本手法はタンパク質機能の解明に有用であり、今後、疾患の分子機構理解へと繋がると期待される。