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2022 Fiscal Year Annual Research Report

ロドプシン基底関数の理解と利用

Research Project

Project/Area Number 21H02446
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

須藤 雄気  岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (10452202)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsロドプシン / 光 / 生物物理 / オプトジェネティクス / エネルギー変換
Outline of Annual Research Achievements

ロドプシンは、多様な生物に存在する光受容膜タンパク質の総称で、生命における光依存的機能を司るとともに、人為的な光操作(オプトジェネティクス)分子として利用されている。
本研究は、ロドプシンとは何か?という根源的な問いに答えるため、「ロドプシン基底関数(x1a1 + x2a2 + … xiai)の理解と利用」を目的としている。
本年度は、昨年度に引き続き、これまでに培ってきた技術(生物物理学,遺伝子工学,タンパク質科学,分光学,光遺伝学,生化学,神経科学,細胞生物学)と人的資源(研究協力者)を総動員し、「①探索、②解析、③操作」の3項目の研究に取り組んだ。
具体的には、数百種類の未解析ロドプシンの発現・精製(①探索)と精密解析(②解析)を行い、既知情報とあわせて、ロドプシン間の機能や物性を定量的かつ様々な観点から比較した。これにより、基底ベクトル:x1, x2, … xi を算出し、ロドプシンを定義する素因子を明らかにした【例:x1 = 波長、x2 = 機能、x3 = 発色団、.... 】(理解)。ここでは、係数を表す a1, a2, …ai もあわせて算出した。以上より、ロドプシンとは何かの理解と分類に大きな進展がみられた。また、あわせてロドプシンの拡張要素を炙り出すことに成功し、その情報からロドプシン分子の合理的分子設計と新奇光操作ツール開発および開発したツールによる生命機能の光操作を実現した(③操作)【例:a1 = 青・緑・赤(色パレット)、a2 = イオン輸送・走光性能、a3 = レチナール+第二発色団カロテノイド、.... 】(利用)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

多様なロドプシンの①探索・②解析・③操作でインパクトのある成果をあげており、これまでに、13報の原著論文(JACS誌1報,eLife誌1報,Nat. Commun.誌1報, Sci. Rep.2報, Protein. Sci. 1報(Highlighted in this issue)等)と10報の総説・解説論文(RSC Adv., Biophys. Physicobiol., Chem. Pharm. Bull. 等)を発表している。加えて、社会実装を視野に、複数の特許出願(国内2件、国外2件)を行った。これらの成果は、研究代表者および研究協力者の各種受賞(蛋白質科学会若手奨励賞、リバネス研究アワード等)にもつながった。未発表のデータの取得も順調に進んでおり、5報程度を準備中である。ロドプシンの本質にせまる重要な成果をあげており、本研究は、研究目的にてらして、当初の計画以上に順調に進んでいるものと判断している。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、計画以上に進展しており、今後とも引き続き多様なロドプシンの①探索・②解析・③操作を進める。投稿中・準備中の成果についても、順次成果として発表できるように注力する。また、教育的な観点から、研究協力者の積極的な学会発表や各種賞への応募を推進する。

  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] The Pennsylvania State University/Montana State University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      The Pennsylvania State University/Montana State University
  • [Journal Article] Structure and mechanism of oxalate transporter OxlT in an oxalate-degrading bacterium in the gut microbiota2023

    • Author(s)
      Jaunet-Lahary Titouan、Shimamura Tatsuro、Hayashi Masahiro、Nomura Norimichi、Hirasawa Kouta、Shimizu Tetsuya、Yamashita Masao、Tsutsumi Naotaka、Suehiro Yuta、Kojima Keiichi、Sudo Yuki、Tamura Takashi、Iwanari Hiroko、Hamakubo Takao、Iwata So、Okazaki Kei-ichi、Hirai Teruhisa、Yamashita Atsuko
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 1730

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36883-5

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of a Functionally Efficient and Thermally Stable Outward Sodium-Pumping Rhodopsin (<i>Be</i>NaR) from a Thermophilic Bacterium2023

    • Author(s)
      Kurihara Marie、Thiel Vera、Takahashi Hirona、Kojima Keiichi、Ward David M.、Bryant Donald A.、Sakai Makoto、Yoshizawa Susumu、Sudo Yuki
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 71 Pages: 154~164

    • DOI

      10.1248/cpb.c22-00774

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Detection of Membrane Potential-Dependent Rhodopsin Fluorescence Using Low-Intensity Light Emitting Diode for Long-Term Imaging2023

    • Author(s)
      Kawanishi Shiho、Kojima Keiichi、Shibukawa Atsushi、Sakamoto Masayuki、Sudo Yuki
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 8 Pages: 4826~4834

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c06980

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Convergent evolution of animal and microbial rhodopsins2023

    • Author(s)
      Kojima Keiichi、Sudo Yuki
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Pages: 5367~5381

    • DOI

      10.1039/d2ra07073a

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Editorial: Forewords to the special issue “Recent advances in retinal protein research”2023

    • Author(s)
      Sudo Yuki、Terakita Akihisa、Kandori Hideki
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: e201001

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.s001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Introduction of Session 1, “Photochemistry of retinal proteins”2023

    • Author(s)
      Sudo Yuki
    • Journal Title

      Biophysics and Physicobiology

      Volume: 20 Pages: e201021

    • DOI

      10.2142/biophysico.bppb-v20.s021

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 膜蛋白質の可溶化(抽出)(3)2023

    • Author(s)
      小島慧一、須藤雄気
    • Journal Title

      蛋白質科学会アーカイブ

      Volume: 16 Pages: e110

  • [Journal Article] Mutations conferring SO42? pumping ability on the cyanobacterial anion pump rhodopsin and the resultant unique features of the mutant2022

    • Author(s)
      Doi Yuhei、Watanabe Jo、Nii Ryota、Tsukamoto Takashi、Demura Makoto、Sudo Yuki、Kikukawa Takashi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 16422

    • DOI

      10.1038/s41598-022-20784-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 光をくすりに~光でがん細胞を自滅させる新しいがん治療法への期待2022

    • Author(s)
      須藤雄気、小島慧一
    • Journal Title

      MDB技術予測レポート

      Volume: na Pages: na~na

  • [Journal Article] 0.0000000003%の奇跡2022

    • Author(s)
      須藤雄気
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 62 Pages: 1~1

    • DOI

      10.2142/biophys.62.1

  • [Journal Article] 支部だより ~第13回 中国・四国支部大会~2022

    • Author(s)
      須藤 雄気
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 62 Pages: 312~313

    • DOI

      10.2142/biophys.62.312

  • [Presentation] Diversity and possibility of microbial rhodopsins2022

    • Author(s)
      Sudo Y.
    • Organizer
      The 19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ロドプシンの生物物理化学研究からの挑戦:『光をくすりへ』2022

    • Author(s)
      須藤雄気
    • Organizer
      超異分野学会 東京大会2022
    • Invited
  • [Presentation] ロドプシンエンジニアリングによる生命機能の光制御・操作2022

    • Author(s)
      須藤雄気
    • Organizer
      第22回・日本蛋白質科学会
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.pharm.okayama-u.ac.jp/lab/bukka/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光合成生物の形質転換体およびその用途2022

    • Inventor(s)
      須藤雄気、小島慧一
    • Industrial Property Rights Holder
      須藤雄気、小島慧一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/021364
    • Overseas

URL: 

Published: 2023-12-25  

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