Development of channelrhodopsin for infrared control of cells
| Project/Area Number |
19K21848
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今元 泰 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80263200)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | ロドプシン / レチナールアナログ / 脱分極 / オプトジェネティクス / 膜電位 / 光反応サイクル / 共役二重結合系 / チャネルロドプシン / 共役二重結合 / オプシンシフト / 光操作 |
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| Outline of Research at the Start |
生物は情報源やエネルギー源として可視光を用いているが、可視光は組織透過率が低く、細胞に損傷を与える可能性があるため、赤外線を用いる方が望ましい。実在の生物が赤外線を利用しない理由として、赤外光の光子が持つエネルギーが弱いため、細胞の機能性分子である蛋白質を駆動することが出来ない可能性が考えられる。そこで本研究では、細胞操作の蛋白質ツールとして広く用いられているチャネルロドプシンを、人工の化合物の助けをかりて赤外線リモコンに用いられている赤外線LEDで駆動することができるかどうかの実証実験を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画では、赤外線LEDで細胞を操作することを目的として、近赤外光で駆動するチャネルロドプシンの創製を目指している。2019年度には、長波長シフトしたチャネルロドプシンのバリアントであるChrimsonRやReaChRに共役二重結合系を延長したレチナールアナログを発色団として導入することで、天然に存在するチャネルロドプシンよりも長波長シフトしたチャネルロドプシンを創生することを試みた。2020年度は、効率よく色素が生成したReaChRアナログの光反応サイクルを、時分割紫外可視分光によって詳細に検討した。A1レチナールのポリエン鎖に二重結合を追加したレチナールアナログを発色団とするReaChRアナログでは、追加する位置に関わらず光反応サイクルを示した。一方、A2レチナールのポリエン鎖に二重結合を追加したレチナールアナログを発色団とするReaChRアナログでは、光反応の効率が追加する位置によって大きく異なることがわかった。デヒドロβイオノン環と9-メチル基の間、あるいは9メチル基と13メチル基との間に二重結合を追加した場合には、吸収スペクトルの長波長シフトは大きかったが、光反応の効率は著しく低下していた。一方、13メチル基とシッフ塩基結合との間に二重結合を追加した場合には、吸収スペクトルの長波長シフトはやや小さかったが、通常のA1レチナールを発色団とするReaChRと同等の光反応の効率を示した。ReaChRでは、M中間体とN中間体がイオン透過状態であると考えられているが、このReaChRアナログでもM中間体に相当する中間体の生成が確認できた。次年度は電気生理学的手法によって、細胞中での膜電位の変化を誘導できるかを検討する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度には、共役二重結合系を延長したレチナールアナログをReaChRやChrimsonRに導入することに成功した。2020年度には光反応サイクルを解析し、作成したReaChRアナログの中にイオン透過が可能であると期待されるものを見出すことができた。2021年度は電気生理学的手法によって膜電位の変化を測定する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
レチナールアナログを発色団とするReaChRが実際にチャネル活性を持つかどうかを電気生理学的に解析する。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
