2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K15900
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
細島 頌子 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (90847914)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 微生物ロドプシン / オプトジェネティクス / 光遺伝学 / 膜配向 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では微生物ロドプシンの膜配向を逆転させ、新たなオプトジェネティクスツールの創造を目指す。これまで微生物ロドプシンの膜配向はN末端が細胞外、C 末端が細胞内に局在するとされてきた。しかしメタゲノム解析により発見された新たな微生物ロドプシンのグループであるヘリオロドプシンは、アミノ酸配列が 既知の微生物ロドプシンとは大きく異なり、さらにこれまでに知られていた微生物ロドプシンとは膜配向が逆転し、N末端が細胞内、C末端が細胞外に局在してい ることが判明した。これによりヘリオロドプシンと従来型微生物ロドプシンのキメラタンパク質を作製し、微生物ロドプシンの膜配向を転換するという着想を得た。
ヘリオロドプシンは古細菌や真正細菌の他、藻類などの真核生物や巨大ウイルスから500種類以上発見されているが、その中で分光学的なアプローチや結晶構造の決定などの研究が行われたヘリオロドプシンはわずか数種であり、機能が明らかになっていなかった。2021年度は新たに発見されたヘリオロドプシンのグループに着目し、13種類のヘリオロドプシンについてwhole-cell patch clamp法を用いてイオン輸送能を調べたところ、一部のヘリオロドプシンが陽イオン輸送体であることが判明した。これはヘリオロドプシンの機能を初めて明らかにした研究である。さらに10種類以上の改変体を作製し、構造と機能の連関について解析を行った(論文投稿中)。またいくつかの微生物ロドプシンの光感度を調べ(論文準備中)、ヘリオロドプシンとキメラタンパク質を作製する際の候補の選定を行い、キメラタンパク質を作製し、その膜配向や輸送機能の検証を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ヘリオロドプシンの機能についての研究を進め、陽イオントランスポーターであることを明らかにした。また輸送能を示すグループを発見できたため、従来型の微生物ロドプシンとキメラタンパク質を作製する際の候補をさらに増やすことができた。また従来型微生物ロドプシンのキメラ体作製から、多量体構造についての新たな知見も得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究から微生物型ロドプシンの一種であるGtCCR4は、ナトリウムやカリウム等の透過性が高く、内向き整流性の強い一価陽イオン選択的な光受容チャネルであり、光に対する応答性が極めて高いことが明らかになっている。また光感度が高いロドプシンとしてはKnChRが、ナトリウムやカリウム選択性が高いロドプシンとしてはMvChRなどがあげられる。今後はこれらのロドプシンとヘリオロドプシンのキメラタンパク質を作成し、配向を逆転させ、新たな光遺伝学ツールの作製を目指す。作製したキメラタンパク質は哺乳類培養細胞に発現させ、そのN末端に付加した cMycタグ等を免疫染色法によって認識することで膜配向の検証を行う。また膜配向の逆転が確認された場合はwhole cell patch clamp法を用いて、イオン輸送の整流 性やイオン選択性、光感度等の電気生理学的性質を明らかにする。以上により新たな光遺伝学ツールのデザインと検証を行う。得られた結果については、国際学会や論文等に取りまとめ、成果を発表する。
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Research Products
(1 results)
