2021 Fiscal Year Research-status Report
Electron spin resonance study on the photo-induced structural change of the cryptochrome from Europian Robin.
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21K14581
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
長嶋 宏樹 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (60814027)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | クリプトクロム / 電子スピン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クリプトクロムは動物の磁気感受の第一候補タンパク質である。クリプトクロムは青色光 を吸収して, 光誘起電荷分離反応によりラジカルペアを形成する。ラジカルペアの磁場効果 により, 磁場を感じることができるのだと考えられている。しかしクリプトクロムが, “ラジカルペアを形成した後にどのような構造変化を起こしているのか” はわかっておらず, その磁場を感じた後のシグナルがどのようにして送られて鳥の脳に伝わっているかは全くの未解明である。本研究は, それらの地磁気効果の後のメカニズムを明らかにするために, ラジカルを観測可能な電子スピン共鳴を用い, 光で形成されるラジカルおよびスピンラベルされたタンパク質の観測を行うものである。
本研究で計画した実験の遂行については新型コロナウィルスの影響と世界的な半導体の不足のために大幅に遅れている。その代わりに, クリプトクロムをはじめとするタンパク質へのスピンラベリング法の再検討をおこなった。本計画では, システインをターゲットとしたスピンラベル法を想定していたが, システイン残基はクリプトクロムのメカニズムに重要な役割を果たしている可能性があると考えられる。そこで, システインへのスピンラベルに代わる方法を検討し, 具体的な計画を策定し, 共同研究を開始した。今後, 有機合成も応用しながら, スピンラベルしたタンパク質の調製を行い, 本研究計画で提案した距離計測を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
クリプトクロムは動物の磁気感受の第一候補タンパク質である。クリプトクロムは青色光 を吸収して, 光誘起電荷分離反応によりラジカルペアを形成する。ラジカルペアの磁場効果 により, 磁場を感じることができるのだと考えられている。しかしクリプトクロムが, “ラジカルペアを形成した後にどのような構造変化を起こしているのか” はわかっておらず, その磁場を感じた後のシグナルがどのようにして送られて鳥の脳に伝わっているかは全くの未解明である。本研究は, それらの地磁気効果の後のメカニズムを明らかにするために, ラジカルを観測可能な電子スピン共鳴を用い, 光で形成されるラジカルおよびスピンラベルされたタンパク質の観測を行うものである。
本研究への申請時点ではクリプトクロムの調製の目処が立っており, 本研究開始と同時にクリプトクロムを用いた電子スピン共鳴研究を行うことを計画していた。しかしながら, 新型コロナウイルスの蔓延と, 半導体部品の不足による装置納入の大幅な遅れにより, 年度末の3月ごろにようやくクリプトクロムを大量に調製するための準備が整った。そのため、実験の遂行についても予定を１年ほど遅らせることとした。
代わりに, タンパク質にスピンをラベルする方法についての検討を行った。通常はシステインをターゲットとしてスピンラベル(ニトロキシドラジカル)を結合させる。しかしながら, クリプトクロムにおいてシステインは, 多量体化する場合などにシステインを用いて, ジスルフィド結合を形成している可能性があり, スピンラベルを適用した場合にその本来の機能を失う可能性がある。それ自体は興味深く, 追求する価値がある。しかし本研究の最終目標は構造解析にあるため, システイン以外をターゲットとした方法の検討も必要であると考えた。そこで新規のスピンラベルを設計し, 有機合成で必要な量を得ることとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
埼玉大学基礎化学科の斎藤雅一教授らとの共同研究を開始することになった。スピンラベルとタンパク質を繋ぐリンカーについては既報に基づいて合成する。そのリンカーはカルボキシル基を持ち, アミンを持つニトロキシドラジカルと, 触媒を用いて結合させる方法を計画した。必要な試薬等については検討を行い購入済みである。これらの合成については着手したばかりであり, 今後１年程度を目処にスピンラベルしたクリプトクロムの作成を目指す。それらが成功したのちに, 本研究計画で提案した電子スピン共鳴計測により距離計測に取り組む。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスと半導体の不足により, クリプトクロムの大量合成に必要な機材がほぼ１年納品されず, 電子スピン共鳴計測をする状況にはならなかった。そのため、本研究で計画していたクリプトクロムを用いた実験を開始できる状況になかった。また, 光を用いた距離計測実験のためにレーザーを計上していたが, 別の経費から購入できたため, 本予算からは支出しなかった。
代わりに、本研究提案からさらに発展して新しいスピンラベルの方法を検討し, その具体的な計画を立案した。そのためのスピンラベルの合成に必要な試薬等の消耗品および, 有機合成の実験系の立ち上げに必要となる物品費を次年度に使用する予定である。
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