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無脊椎動物ロドプシンの光活性構造変化の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K07317
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関名古屋大学

研究代表者

村上 緑  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (20324387)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2016年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード光生物 / ロドプシン / X線結晶構造解析 / GPCR / 双安定性光活性化 / 結晶構造解析 / シリアルフェムト秒結晶構造解析 / ロドぷシン / 光受容
研究成果の概要

イカロドプシンのメタ状態は1か月以上にわたりpH依存的可逆的な吸光変化を維持することから、その活性化構造を保持していることが示唆された。この試料を用いて結晶化を行い、酸性型メタ状態が100%形成される条件下で新規に六方晶を得ることができた。この結晶を用いて構造解析を行い、3.7A 分解能で構造を決定した。
酸性型メタ状態の全体構造は、暗順応状態の構造とほぼ同じ、ヘリックスが閉じた構造であった。活性部位では、全トランス型レチナールがβイオノン環を約60°回転させ、リング平面をポリエン鎖平面と平行に向けていた。その構造変化によって、周囲の残基の芳香族環が押され活性部位内の空隙がやや広がっていた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光活性型が閉じたヘリックス構造をもつことが明らかとなり、βイオノン環の動きを制御することが循環型の光活性化に必要であることが示唆された。近年発展している光遺伝学のツールとしては、循環型の光活性をもつ微生物型のロドプシンが利用されているが、この結果を生かしてヒトなど高等動物に適したツールとして高等生物のロドプシンを適用することが可能となると考えられる。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(Switzerland)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Crystal structures of the putative isocitrate dehydrogenase from Sulfolobus tokodaii strain 7 in the apo and NADP+ -bound forms2018

    • 著者名/発表者名
      H Kondo, M Murakami
    • 雑誌名

      Archaea

      巻: 2018 ページ: 9-9

    • DOI

      10.1155/2018/7571984

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structures of two isozymes of citrate synthase from Sulfolobus tokodaii Strain 72016

    • 著者名/発表者名
      Murakami M., Kouyama T,
    • 雑誌名

      Biochemistry. Research International,

      巻: 2016 ページ: 7560919-7560919

    • DOI

      10.1155/2016/7560919

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structure of the 11-cis isomer of pharaonis halorhodopsin: Structural constraints on interconversions among different isomeric states,2016

    • 著者名/発表者名
      Chan SK, Kawaguchi H., Kubo H.,, Murakami M., Ihara K., Maki K., Kouyama T.
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 55 号: 29 ページ: 4092-4104

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b00277

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Structural basis of bistable photoreaction in invertebrate rhodopsin2019

    • 著者名/発表者名
      MURAKAMI, Midori
    • 学会等名
      16th Conference of the Asian Crystallographic Association
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural Basis of Photo-Stability of Invertebrate Rhodopsins2019

    • 著者名/発表者名
      MURAKAMI, Midori
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Structure of the photo-activated acid-meta state of squid rhodopsin2018

    • 著者名/発表者名
      M Murakami
    • 学会等名
      Asian Biophysics Association Symposium in conjunction with the Australian Society for Biophysics Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards the structural study of large conformational changes of squid metarhodopsin2018

    • 著者名/発表者名
      M Murakami
    • 学会等名
      18th International Conference on Retinal Proteins
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystallization of squid metarhodopsin2018

    • 著者名/発表者名
      M Murakami
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystallography of squid rhodopsin towards characterizing structural dynamics and bi-stability2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami M
    • 学会等名
      IGER International Symposium on Physics of Life
    • 発表場所
      Nagoya
    • 年月日
      2017-03-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Another World of Rhodopsin; Structure and Function of squid rhodopsin2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami M
    • 学会等名
      jLBR Seminar
    • 発表場所
      Villigen
    • 年月日
      2017-03-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Towards the structural study of the photocycle of squid rhodopsin2017

    • 著者名/発表者名
      村上緑
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] イカロドプシンの光異性化から熱的緩和反応までの結晶構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      村上緑
    • 学会等名
      平成29年度日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 無脊椎動物ロドプシンの双安定性光活性化機構の構造学的研究2017

    • 著者名/発表者名
      村上緑
    • 学会等名
      第7回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystal structure of the LM intermediate of squid rhodopsin2016

    • 著者名/発表者名
      Murakami M
    • 学会等名
      International Conference on Retinal Proteins
    • 発表場所
      Potsdam
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystallographic studies of squid rhodopsin2016

    • 著者名/発表者名
      Murakami M
    • 学会等名
      Membrane Protein Meeting
    • 発表場所
      Villigen
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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