2022 Fiscal Year Annual Research Report
ロドプシンを起動分子とした「化学・力学・光」エネルギー発動機構の理解と利用
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
|---|
| Project/Area Number |
21H00404
|
|---|
| Research Institution | Okayama 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 – 2023-03-31
|
| 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 |
ロドプシンは光エネルギーを吸収し、レチナールの異性化を介して化学エネルギーへと変換する。化学エネルギーは、タンパク質の構造変化として力学エネルギーに変換され、分子機能が発現する。また、ロドプシンは、蛍光を発する特性を有し、光エネルギーにも変換可能である。このように、本領域における『発動分子』の定義（外部エネルギーを別エネルギーへ変えるもの）から、ロドプシンはまさに“発動分子”そのものと言える。このような背景のもと、本研究では、ロドプシンによる『光-->化学・力学・光』エネルギーへの変換機構の理解と光遺伝学的利用を行うことで、ロドプシン型『発動分子』の基礎学理構築を行うことを目的とした。
本研究では各項目について以下の成果を得た。
（１）『光→化学変換』：ここでは、特に色（吸収波長）と反応速度に着目し、その改変体を作成した。色の変化は励起可能な波長域を拡げ、光操作に新たなツールを提供するものであり、反応が早い／遅い分子は、分子機能の高速制御／活性型中間体の滞留時間の延長による１光子あたりの分子機能活性の増大が期待される。
（２）『光→力学変換』：ここでは、タンパク質の力学的構造変化が生理応答に直結していることに着目し、ロドプシンによる多様な力学変換分子の創成と生命機能操作（細胞死、神経制御等）を実現した。
（３）『光→光変換』：一部のロドプシンが、高発光性を示すことを明らかにし、さらに網羅的変異導入による高発光化にも成功した。また、動物個体において閾値以下かつ高速（ms）の膜電位センサーとして利用可能であることを実証した。これらのロドプシンは、従来のCa2+インディケーター型膜電位センサーに代わるツールとなることが期待される。
以上の成果は、12報の原著論文、１０報の総説・解説論文、２件の特許出願、各種メディア報道、研究代表者および研究協力者の各種受賞につながった。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
