2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a fast stimulation input method for artificial cells by light using microbial rhodopsins
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry |
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| Project/Area Number |
23H04404
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井上 圭一 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90467001)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 微生物ロドプシン / オプトジェネティクス / 光刺激 / イオンチャネル / イオンポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目標である、人工細胞への自在なCa2+およびH+シグナルの自在入力法の開発のため、本年度は新奇なイオンチャネルおよびイオンポンプ型ロドプシンについて、物性評価と高機能性分子の探索を行った。その結果、既存のものとはイオン輸送特性や応答波長などが大きく異なる分子を多数発見した。特に植物などから容易に入手可能な、ルテインやゼアキサンチンなどの3-OH型のカロテノイドを光アンテナとして結合するH+ポンプ型ロドプシンである、Kin4B8が細菌から見出され（Chazan et al. Nature 2023）、さらに同じ様に3-OH型カロテノイドを結合することができるロドプシンを多数同定している。今後これらの分子を用いることで、従来のレチナールのみを発色団とするロドプシンと比べ、高感度なイオン動態の光制御が可能になると期待される。特に3-OH型カロテノイドを結合するロドプシンは420 nm周辺の紫色光に対して高い応答性を示し、これは既知のカロテノイド結合型の分子とは大きく異なるものである。これにより、これらの分子は多色光源を用いた蛍光タンパク質やチャネルロドプシンの同時イメージング・同時操作のための有用なツールとなる可能性を有すると考えられる。またイオンチャネル型のロドプシンについても検討を行い、膜局在やチャネル開閉速度などが従来のものと異なる分子を得ることができている。
さらに本年度はCa2+操作用ロドプシン開発のため、新たに蛍光顕微鏡を用いた、Fura-2色素によるCa2+イメージング系の構築を行った。これにより、今後より多くのロドプシンについてCa2+輸送能の評価が可能になると期待される。そしてすでに一部の巨大ウイルス由来のロドプシンについて評価を行い、小胞体などからのCa2+放出を光依存的に誘導することが可能であることを確認している。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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[Journal Article] Structural Basis for Color Tuning and Ion Selectivity in Potassium-Selective Channelrhodopsins2023
Author(s)
S. Tajima, Y. S. Kim, M. Fukuda, Y.J. Jo, P. Y. Wang, J. M. Paggi, E. F.X. Byrne, K. E. Kishi, S. Nakamura, C. Ramakrishnan, S. Takaramoto, T. Nagata, M. Konno, M. Sugiura, K. Katayama, T. E. Matsui, K. Yamashita, S. Kim, H. Ikeda, M. Inoue, H. Kandori, R. O. Dror, K. Inoue, K. Deisseroth, H. E. Kato
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Journal Title
Cell
Volume: 186
Pages: 4325-4344.e26
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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