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新規光駆動ナトリウムポンプのイオン識別機構の解明と光操作技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 14J40214
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理学
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

吉住 玲  名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(RPD)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード生物物理 / イオン輸送 / ロドプシン / 膜タンパク質 / 光受容 / ナトリウムポンプ
研究実績の概要

本研究は、2013年に発見されたばかりで分子メカニズムは不明な点が多い、新規光駆動ナトリウムポンプのイオン識別機構を明らかにしようとしている。
(1)分子レベルでの解析:BRにおいて機能に重要なD85とD96が、KR2ではそれぞれN112、Q123という特異的な配列になっている。2015年に解かれたKR2の結晶構造より、我々はD116の配向が変化し、Na+の輸送経路を形成するフリップモデルを提唱した。モデルにおいて重要なN112に着目し、19種の変異体を作製、ポンプ活性を測定した。19種はWTと同様のNa+/H+ハイブリッドポンプ(N112D,G,S,T)、H+ポンプ(N112A,C,P,V,E,Q,I,L,M,F,W)、ポンプ機能なし(N112H,K,Y,R)の3グループに分けられた。N112はNa+とH+のイオン選択性やポンプ機能そのものに、重要な役割を担っていることが明らかとなった。
(2)細胞レベルでの解析:KR2の保持菌Krokinobacter eikastusの近縁種Nonlabens dokdonesis DSW-6はProteorhodopsin(PR)とNaRの二つのロドプシン遺伝子を有している。ポンプ活性を測定すると、光駆動H+ポンプ活性が検出され、その活性は生育時期によって変化していた。この変化がPRの発現量やPR分子における比活性によるのかを明らかにするため、PRの発現量と光反応サイクルを測定したところ、どちらも生育時期に依存せず一定であった。これは、PRがN. dokdonesis DSW-6において恒常的に発現し、一定の活性を保持することを示している。一方で、N. dokdonesis DSW-6細胞全体における光駆動H+ポンプ活性が変化することは、PR分子と共役して働く他のtransporterがある可能性が考えらえる。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] "Role of Asn112 in a light-driven sodium ion-pumping rhodopsin"2016

    • 著者名/発表者名
      R. Abe-Yoshizumi, K. Inoue, H. E. Kato, O. Nureki, H. Kandori*
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 55 号: 41 ページ: 5790-5797

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b00741

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Chimera Na+-Pump Rhodopsin as an Effective Optogenetic Silencer.2016

    • 著者名/発表者名
      Hoque MR, Ishizuka T, Inoue K, Abe-Yoshizumi R, Igarashi H, Mishima T, Kandori H, Yawo H.
    • 雑誌名

      PLoS One.

      巻: 11 号: 11 ページ: e0166820-e0166820

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0166820

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump2015

    • 著者名/発表者名
      H. E. Kato, K. Inoue, R. Abe-Yoshizumi, Y. Kato, H. Ono, M. Konno, S. Hososhima, T. Ishizuka, M. R. Hoque, H. Kunitomo, J. Ito, S. Yoshizawa, K. Yamashita, M. Takemoto, T. Nishizawa, R. Taniguchi, K. Kogure, A. D. Maturana, Y. Iino, H. Yawo, R. Ishitani, H. Kandori*, O. Nureki*
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 未定 号: 7550 ページ: 48-53

    • DOI

      10.1038/nature14322

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The role of the NDQ motif in sodium-pumping rhodopsins2015

    • 著者名/発表者名
      K. Inoue , M. Konno, R. Abe-Yoshizumi, H. Kandori*
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 54 号: 39 ページ: 11536-11539

    • DOI

      10.1002/anie.201504549

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ultrafast photoreaction dynamics of a light-driven sodium-ion-pumping retinal protein from Krokinobacter eikastus revealed by femtosecond time-resolved absorption spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      S. Tahara, S. Takeuchi, R. Abe-Yoshizumi, K. Inoue, H. Ohtani, H. Kandori*, T. Tahara*
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 6 号: 22 ページ: 4481-4486

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b01994

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] FTIR spectroscopy of a light-driven compatible sodium ion-proton pumping rhodopsin at 77 K2014

    • 著者名/発表者名
      Ono Hikaru, Keiichi Inoue, Rei Abe-Yoshizumi and Hideki Kandori
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B,

      巻: 118 号: 18 ページ: 4784-4792

    • DOI

      10.1021/jp500756f

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spectroscopic study of a light-driven chloride ion pump from marine bacteria2014

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Inoue, Faisal Hammad Mekky Koua, Yoshitaka Kato, Rei Abe-Yoshizumi and Hideki Kandori
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 118 号: 38 ページ: 11190-11199

    • DOI

      10.1021/jp507219q

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Color-Determining Amino Acid Residue of Proteorhodopsin2014

    • 著者名/発表者名
      Yuya Ozaki, Takayoshi Kawashima, Rei Abe-Yoshizumi and Hideki Kandori
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 53 号: 38 ページ: 6032-6040

    • DOI

      10.1021/bi500842w

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Oligomerization of light-driven sodium pump KR2 is important for ion transport activity2016

    • 著者名/発表者名
      Rei Abe-Yoshizumi, Shota Ito, Mikihiro Shibata, Keiichi Inoue, Takayuki Uchihashi, Hideki Kandori
    • 学会等名
      The 54rd annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      日本、つくば市
    • 年月日
      2016-11-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Role of Asn112 in a light-driven sodium pump rhodopsin2016

    • 著者名/発表者名
      Rei Abe-Yoshizumi, Keiichi Inoue, Hideaki Kato, Osamu Nureki, Hideki Kandori
    • 学会等名
      17th International Conference on Retinal Proteins
    • 発表場所
      ドイツ、ポツダム
    • 年月日
      2016-10-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光駆動ナトリウムポンプKR2の多量体形成に関わるアミノ酸残基の同定2016

    • 著者名/発表者名
      吉住 玲、伊藤奨太、井上圭一、神取秀樹
    • 学会等名
      生物物理学会中部支部講演会
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      2016-02-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Role of Asn112 for transport activity by a light-driven sodium ion pump2015

    • 著者名/発表者名
      Rei Abe-Yoshizumi, Keiichi Inoue, Hideaki Kato, Osamu Nureki and Hideki Kandori
    • 学会等名
      The 53rd annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光駆動ナトリウムポンプKR2のポンプスイッチにおける2015

    • 著者名/発表者名
      吉住玲、井上圭一、加藤英明、濡木理、神取秀樹
    • 学会等名
      分子研研究会
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      2015-04-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] The extracellular pH dependency of transport activity by light-driven sodium ion pump2014

    • 著者名/発表者名
      Rei Abe-Yoshizumi, Yoshitaka Kato, Keiichi Inoue and Hideki Kandori
    • 学会等名
      The 52th annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2014-09-25 – 2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 新規光駆動ナトリウムポンプのpH依存性2014

    • 著者名/発表者名
      吉住 玲、加藤善隆、井上圭一、神取秀樹
    • 学会等名
      第9回トランスポーター研究会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2014-06-14 – 2014-06-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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