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赤外分光法によるロドプシンの情報伝達機構の解析

Research Project

Project/Area Number 07J11731
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biophysics
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

川鍋 陽  Nagoya Institute of Technology, 工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2007 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2009: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords生物物理 / ロドプシン / レチナール / 光受容 / 光合成 / プロトンポンプ / イオン輸送 / 海洋性細菌 / 膜タンパク質 / フォトクロミズム / 紫外・可視分光 / 赤外分光 / バイオ
Research Abstract

本研究では光センサーと考えられているAnabaena sensory rhodopsin (ASR)を対象にして、ロドプシンが機能を発現するための構造変化の解析および、新規機能の開発を目的としている。さらに、ASRではないが類似のタンパク質を対象にNative状態での機能測定にも挑戦した。本年度の研究成果の概要を以下に記述する。
1.新規機能の開発にあたって、もともとプロトンポンプ活性がないと報告されているASRをもとに、外向きのプロトンポンプ機能を持たせようと試みたが、未だに実現していない。しかし、研究の過程で驚くべきことに細胞質側膜表面付近の、Asp217をGluに置換することで、ASRは通常とは逆の内向きのプロトン輸送を実現した。この成果は化学誌の最高峰であるJACS誌に掲載され、神経生理学や薬などへの応用が期待されている。また、発展形として、よりプロトン輸送活性が高いタンパク質の開発を試みた。注目したのはプロトンの輸送経路上に存在するSer214である。この残基をAspに置換したところ、狙い通りプロトン輸送活性が大きく上昇した。これは応用研究への活用の幅が広がる結果であると考えている。
2.これまでの古細菌以外から発見されたロドプシンの研究では、大腸菌で発現させて機能を評価しているため、in situで実際に機能しているのか不明であった。そこで私は、東京大学海洋研究所の木暮教授吉澤博士との共同研究で10年ほど前に発見されて、広く知られているProteorhodopsin(PR)を対象にin situでの機能解析を行った。その結果、Nativeの海洋性細菌において光駆動プロトンポンプとしてPRがはたらいていることを確認した。これは、海に広く存在する海洋性細菌の光利用のエネルギー産生において、クロロフィルの光合成系ではなくレチナールタンパク質を利用していることを示唆している。これまでレチナールタンパク質をエネルギー産生に活用しているのはごく少数の古細菌のみと考えられてきたが、今回の成果はこれまでの常識を覆す可能性がある。

Report

(3 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2010 2009 2008 2007

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Importance of Alanine at Position 178 in Proteorhodopsin for Absorption of Prevalent Ambient Light in the Marine Environment.2010

    • Author(s)
      Yamada, et al.
    • Journal Title

      Biochemistry 49

      Pages: 2416-2423

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Engineering an Inward Proton Transport from a Bacterial Sensor Rhodopsin2009

    • Author(s)
      Kawanabe, et al.
    • Journal Title

      J.Am.Chem.Soc. 131

      Pages: 16439-16444

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoreactions and Structural Changes of Anabaena Sensory Rhodopsin2009

    • Author(s)
      Kawanabe, et al.
    • Journal Title

      Sensors 9

      Pages: 9741-9804

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] FTIR Study of the L Intermediate of Anabaena Sensory Rhodopsin : StructuralChanges in the Cytoplasmic Region2008

    • Author(s)
      Kawanabe, et al.
    • Journal Title

      Biochemistry 47

      Pages: 10033-10040

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum Yields for the Light Adaptations in Anabaena Sensory Rhodopsin and Bacteriorhodopsin2008

    • Author(s)
      Wada, et. al.
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett. (in press)

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photochromism of Anabaena Sensory Rhodopsin2007

    • Author(s)
      Kawanabe, et. al.
    • Journal Title

      J.Am.Chem.Soc. 129

      Pages: 8644-8649

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] センーロドプシンを用いたプロトンポンプ研究2010

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      分子研研究会「拡がるロドプシンの仲間から"何がわかるか""何をもたらすか"
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 古細菌型ロドプシンを用いた内向きプロトンポンプ機能の開発2009

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      平成20年度生物物理中部支部講演会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      2009-03-31
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 古細菌型ロドプシンで実現した内向きのプロトンポンプ2009

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      第36回生体分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] プロトンポンプを目指したハセクテリアのセンサーロドプシンの変異体研究2009

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      日本生物物理学会第47回年会
    • Place of Presentation
      徳島
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 古細胞型ロドプシンの新奇情報伝達機構の解明と光応答性カリウムチャネルの開発-高効率のプロトン輸送を目指したセンサーロドプシンの変異体研究-2009

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      特定領域「細胞感覚」平成21年度冬の班会議
    • Place of Presentation
      大阪
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアのセンサーロドプシンに対する1アミノ酸の置換で実現した内向きのプロトンポンプ2008

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      日本生物物理学会第46回年会
    • Place of Presentation
      福岡
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] バクテリアの光センサーに対する1アミノ酸の置換で実現した内向きのプロトンポンプ2008

    • Author(s)
      川鍋陽
    • Organizer
      第3回特定領域「細胞感覚」若手の会
    • Place of Presentation
      蒲郡
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] FTIR study of the L intermediate of Anabaena sensory rhodopsin:Hydrogen-bonding changes in the cytoplasmic region2008

    • Author(s)
      Akira Kawanabe
    • Organizer
      The 5th Open Workshop for"Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules"
    • Place of Presentation
      奈良
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Anabaena sensory rhodopsinの光反応過程の研究2007

    • Author(s)
      川鍋 陽
    • Organizer
      第14回日本光生物学会年会
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学ミレニアムホーム
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Anabaena sensory rhodopsinの光反応機構の解析2007

    • Author(s)
      川鍋 陽
    • Organizer
      特定領域研究「細胞感覚」夏の班会議若手の会
    • Place of Presentation
      葉山
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Anabaena sensory rhodopsinのL中間体における細胞質側での構造変化2007

    • Author(s)
      川鍋 陽
    • Organizer
      日本生物物理学会第45回年会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
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      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Anabaena sensory rhodopsinの光反応初期過程での構造変化解析2007

    • Author(s)
      川鍋 陽
    • Organizer
      特定領域研究「細胞感覚」平成19年度冬の班会
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2024-03-26  

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