2022 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of bilin reductase library, promotes next-generation optogenetics.
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20K05758
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| Research Institution | Kurume National College of Technology |
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Principal Investigator |
萩原 義徳 久留米工業高等専門学校, 生物応用化学科, 准教授 (10628548)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉島 正一 久留米大学, 医学部, 准教授 (30379292)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光合成色素 / フィコビリン / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物は光を光合成のためのエネルギー源としたり、光量や日照リズムを光センサーで認識し、環境情報として利用したりている。これらのような光吸収には、色素を保持する光受容タンパク質がその役割の要となっている。
近年、ショウジョウバエやシロイヌナズナが有する光受容体を使って、神経刺激や遺伝子発現を光で制御する技術が見出され、オプトジェネティクス（光遺伝学）として注目が集まっている。しかし光駆動型タンパク質は、その種類によって吸収波長に限りがあるため、任意の光を自在に用いることはできない。
本研究では、ヘム代謝産物からビリン色素を合成する酵素群に着目し、その結晶構造を基に活性残基を多様に改変することで、紫外から近赤外までの各光色を受容するビリン色素を生み出す酵素ライブラリを構築することを目的としている。そこで、動物や植物、細菌が有するビリン色素の機能的デザインを行い、光センサータンパク質と組み合わせることにより、任意の光色を複合的に用いた多スイッチ型マルチタスク制御のオプトジェネティクスの促進を目指した。
研究期間における最終年度では、酵素に電子を供給するタンパク質群の濃度比を調整して酵素反応を進めることで、最終生成物の合成速度だけでなく、酵素反応における中間産物の合成速度と分解速度において、その安定性も評価した。最終生成物や中間産物と考えられる色素はHPLCで解析し、ビリン色素としての反応中間体の収量を上げるための部位特異的変異酵素の検討も実施した。
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