蛋白質の選択的な相互作用に必要な蛋白質構造揺らぎの検出

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 23107715
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今元 泰 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80263200)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: システイン / HD交換反応 / 構造変化 / ロドプシン / 赤外分光

Outline of Annual Research Achievements

代表的なG蛋白質共役型受容体であるロドプシン（網膜の光センサー蛋白質）の任意の部位にシステイン残基を導入し、その側鎖のH/D交換反応から構造揺らぎを検出することを試みた。システイン側鎖のH/D交換は、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）で検出した。システイン残基のSH基に由来する振動モードは2525-2585cm-1という比較的狭い領域に見られるが、この領域では蛋白質の他の振動モードの寄与が小さいため、低いバックグラウンドで高精度の測定が可能であると期待された。そこで、発色団近傍のAla117、およびThr118をCysに置換したロドプシン変異体を作成した。これらを組み込んだリポソームを乾燥させ、H2Oの水蒸気で水和後、FTIR測定に用いた。80Kで光照射することにより、バソ中間体と暗状態の差FTIRスペクトルを測定した。発色団の異性化にともなってCys117とCys118の周辺には環境変化が起こるため、Cysに由来するSHモードの変化が観測された。
次に、D2Oで一定時間水和した試料を用いて同様の測定を行った。SH基の振動バンドはH/D交換によって大きく変化するため、2525cm-1から2585cm-1までの波数領域から消失する。A117Cでは、ほぼ完全にシグナルが消失したのに対して、T118では45%程度が残存していた。これらの実験では、暗状態ロドプシンを重水和したため、これらの違いは暗状態のH/D交換速度の違いを反映していると考えられる。しかしながら、暗状態の結晶構造（1U19）から予測される溶媒露出表面積は、117位よりも118位の方が大きいので、この差は単に露出面積だけではなく、構造揺らぎを反映していることが示唆された。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Photochemical nature of parietopsin. (2012)
  • Author(s): K. Sakai, Y. Imamoto, C.Y. Su, H. Tsukamoto, T. Yamashita, A. Terakita, K.W. Yau and Y. Shichida
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 9 Pages: 1933-41
  • DOI: 10.1021/bi2018283
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The C-Terminus of the G Protein α Subunit Controls the Affinity of Nucleotides (2012)
  • Author(s): Naoki Kimata, Takahiro Yamashita, Take Matsuyama, Yasushi Imamoto, Yoshinori Shichida
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 13 Pages: 2768-2774
  • DOI: 10.1021/bi201702d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative studies on the late bleaching processes of four kinds of cone visual pigments and rod visual pigment (2012)
  • Author(s): K. Sato, T. Yamashita, Y. Imamoto and Y. Shichida
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 21 Pages: 4300-8
  • DOI: 10.1021/bi3000885
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochemical properties of mammalian melanopsin. (2012)
  • Author(s): T. Matsuyama, T. Yamashita, Y. Imamoto and Y. Shichida
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 27 Pages: 5454-62
  • DOI: 10.1021/bi3004999
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vertebrate ancient-long opsin has molecular properties intermediate between those of vertebrate and invertebrate visual pigments (2011)
  • Author(s): Keita Sato, Takahiro Yamashita, Hideyo Ohuchi, Yoshinori
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 48 Pages: 10484-10490
  • DOI: 10.1021/bi201212z
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Light-induced structural changes of rhodopsin probed by cysteine S-H stretching vibrations (2012)
  • Author(s): Imamoto, Y.
  • Organizer: 15th International Conference on Retinal Proteins
  • Place of Presentation: Ascona, Switzerland
  • Invited
• [Presentation] ロドプシン活性化の一分子計測 (2011)
  • Author(s): 今元泰
  • Organizer: 日本生物物理学会第49回年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス(兵庫県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Activation mechanism of visual transduction studied by fluorescence spectroscopy (2011)
  • Author(s): Imamoto, Y.
  • Organizer: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
  • Place of Presentation: Nara Prefectural New Public Hall(奈良県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-30
• [Remarks]
  • URL: http://photol.biophys.kyoto-u.ac.jp/