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2022 Fiscal Year Annual Research Report

ロドプシンの個性を生かした生命現象の革新的光操作法の開発

Research Project

Project/Area Number 21K15054
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

小島 慧一  岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (60819267)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Keywords光生物学 / ロドプシン / 光操作 / オプトジェネティクス
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、多様なロドプシン分子の新奇的な性質を生かした革新的な光操作技術の開発を行う。すなわち、申請者らが解析してきた/見出したロドプシンの新奇的な性質を活用することで、動物細胞や個体における様々な生命応答を自在に光操作できる技術基盤を創成する。そのため、交付申請書に記載した実験計画に沿って、「分子特性の理解・改変と最適化」と「分子特性の動物細胞・個体への適用」を進めてきた。
「分子特性の理解・改変と最適化」に関しては、以下の(1)~(2)に成功した。(1)好熱性細菌由来のロドプシン分子(BeNaRと命名)を対象に、分光学的・生化学的解析を行った。その結果、BeNaRは外向きのNa+ポンプロドプシンとして機能し、既存のNa+ポンプロドプシン(KR2)よりも活性が2.5倍大きいことが分かった。そのため、BeNaRは、Na+濃度を光制御する光遺伝学ツールとして、高い有用性を持つと考えられた。(2)単細胞藻類由来のロドプシン分子(VbACR2と命名)の分子解析を行い、青色感受性のアニオンチャネルとして働くことを示した。VbACR2は、既存のアニオンチャネルロドプシンの中でも、最も短波長側の光を吸収する分子であるため、新しい青色感受性の神経抑制ツールとして有用であると考えられた。
「分子特性の動物細胞・個体への適用」に関しては、以下の(1)~(2)に成功した。(1)外向きプロトンポンプロドプシンを多様な哺乳類培養細胞(HEK, PC-12など)に発現させ、長時間(秒~分)スケールの膜電位変化のリアルタイムイメージングができる光観察技術を作出した。この技術を用いることで薬物誘導性の膜電位応答の観察に成功した(2)昨年度までに開発した「外向きプロトンポンプロドプシンを用いた光細胞死誘導法」をがん由来細胞へと適用し、これらの細胞も光で細胞死を誘導できることを実証した。

  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [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 / 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
  • [Journal Article] Role of Monomer/Tetramer Equilibrium of Rod Visual Arrestin in the Interaction with Phosphorylated Rhodopsin2023

    • Author(s)
      Imamoto Yasushi、Kojima Keiichi、Maeda Ryo、Shichida Yoshinori、Oka Toshihiko
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Pages: 4963~4963

    • DOI

      10.3390/ijms24054963

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A blue-shifted anion channelrhodopsin from the Colpodellida alga Vitrella brassicaformis2023

    • Author(s)
      Kojima Keiichi、Kawanishi Shiho、Nishimura Yosuke、Hasegawa Masumi、Nakao Shin、Nagata Yuya、Yoshizawa Susumu、Sudo Yuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Pages: 6974

    • DOI

      10.1038/s41598-023-34125-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Molecular mechanism underlying color discrimination ability of frogs and geckos in the dark2022

    • Author(s)
      KOJIMA Keiichi、YANAGAWA Masataka、YAMASHITA Takahiro
    • Journal Title

      Hikaku seiri seikagaku(Comparative Physiology and Biochemistry)

      Volume: 39 Pages: 122~131

    • DOI

      10.3330/hikakuseiriseika.39.122

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 脊椎動物視物質の暗所視適応メカニズム2022

    • Author(s)
      小島慧一
    • Organizer
      第22回日本光生物学協会年会
    • Invited
  • [Presentation] Evolutionary adaptation of visual pigments in geckos for their photic environment2022

    • Author(s)
      Kojima K, Matsutani Y, Yanagawa M, Imamoto Y, Yamano Y, Wada A, Shichida Y, Yamashita T.
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Phototriggered apoptotic cell death (PTA) using the light-driven outward proton pump rhodopsin Archaerhodopsin-32022

    • Author(s)
      Nakao S, Kojima K, Sudo Y.
    • Organizer
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 溶液NMR法を用いたプロトンポンプ型ロドプシンTRとカロテノイドの相互作用解析2022

    • Author(s)
      穂谷野知佳, 鈴木里佳, 廣畑雅史, 村田武士, 小島慧一, 須藤雄気, 高橋栄夫
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 深海に棲むオハラエビRimicaris hybisaeが持つオプシン類の分子機能解析2022

    • Author(s)
      長田祐也, 宮本教生, 佐藤恵太, 山中悠嗣, 西村陽介, 吉澤晋, 高井研, 大内淑代, 山下高廣, 須藤雄気, 小島慧一
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 異なる膜環境におけるプロトンポンプ型ロドプシンRxRの熱安定性、構造および光反応サイクルの比較解析2022

    • Author(s)
      菊間千滉, 鈴木里佳, 藤田陽, 廣畑雅史, 小島慧一, 須藤雄気, 高橋栄夫
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 光照射溶液NMR法によるプロトンポンプ型ロドプシン RxRの光反応サイクル後期中間体の局所構造解析2022

    • Author(s)
      廣西麗加, 鈴木里佳, 小島慧一, 須藤雄気, 長島敏雄, 山崎俊夫, 高橋栄夫
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 新奇薬物送達キャリアーとしての内向きプロトンポンプロドプシンRmXeR内包型光誘起崩壊リポソーム(LiDL)の開発2022

    • Author(s)
      恒石泰地, 小島慧一, 窪田文佳, 山田勇磨, 須藤雄気
    • Organizer
      第43回 生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • [Presentation] LED光源を用いたアーキロドプシン3(AR3)による長時間膜電位計測法の確立2022

    • Author(s)
      川西志歩, 小島慧一, 渋川敦史, 坂本雅行, 須藤雄気
    • Organizer
      第43回 生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • [Presentation] Long-term membrane voltage imaging by microbial rhodopsin AR3 with LED light source2022

    • Author(s)
      Kawanishi S, Kojima K, Shibukawa A, Sakamoto M, Sudo Y.
    • Organizer
      第 60回日本生物物理学会
  • [Presentation] Molecular properties of opsins from the deep-sea hydrothermal vent shrimp Rimicaris hybisae2022

    • Author(s)
      Kojima K, Nagata Y, Miyamoto N, Sato K, Yamanaka Y, Nishimura Y, Yoshizawa S, Takai K, Ohuchi H, Yamashita T, Sudo Y.
    • Organizer
      第 60回日本生物物理学会
  • [Presentation] Development a Method for Phototriggered Apoptotic Cell Death (PTA) Using the LightDriven Proton Pump Protein Archaerhodopsin-32022

    • Author(s)
      中尾新, 小島慧一, 須藤雄気
    • Organizer
      第22回 日本蛋白質科学会年会
  • [Presentation] Development of light-induced disruptive liposome (LiDL) with a light-driven inward proton pump rhodopsin RmXeR2022

    • Author(s)
      Tsuneishi T, Kojima K, Kubota F, Yamada Y, Sudo Y.
    • Organizer
      第13回 日本生物物理学会中国四国支部大会
  • [Presentation] 新規高効率ナトリウムポンプロドプシンBeNaRの機能・分子特性解析とNa+ポンプモデルの提唱2022

    • Author(s)
      栗原 眞理恵, 吉澤晋, 高橋広奈, 橋本美沙, 小島慧一, 塚本卓, 菊川峰志, 酒井誠, 須藤雄気
    • Organizer
      第13回 日本生物物理学会中国四国支部大会
  • [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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