光駆動性塩素イオンポンプの構造・機能解析

• 研究課題/領域番号: 21570164
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 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: 井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助教 (90223297)
• 研究分担者: 神山 勉 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30170210)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2009年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 光生物学 / 構造生物学 / エネルギー変換 / イオンポンプ / ハロロドプシン / 膜タンパク質 / 構造解析 / 古細菌 / 好塩菌 / 膜電位感受性

研究概要

高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonisの細胞膜上には、光駆動性塩素イオンポンプであるハロロドプシン(pHR)が存在する。このpHRを膜の状態で精製して結晶化し、2. 0 Aの分解能で構造解析する事に成功した。また、塩素イオンが結合していないO中間体様の構造解析にも成功した。これらの2つの構造を比較する事で、塩素イオン輸送過程において、CヘリックがGヘリックス側に移動すること、シッフ塩基と水素結合を形成していた水分子が移動することが、明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Photochemistry of a putative new class of sensory rhodopsin (SRIII) coded by xop2 of Haloarcular marismortui (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakao Y, Kikukawa T, Shimono K, Tamogami J, Kimitsuki N, Nara T, Unno M, Ihara K, Kamo N.
  • 雑誌名: J Photochem Photobiol B 巻: 102 号: 1 ページ: 45-54
  • DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2010.09.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene orders in the upstream of 16S rRNA genes divide genera of the family Halobacteriaceae into two groups (2012)
  • 著者名/発表者名: Minegishi H., Kamekura M., Kitajima-Ihara T., Nakasone K., Echigo A., Shimane Y., Usami R., Itoh T., Ihara K.
  • 雑誌名: Int.J.Syst.Evol.Microbiol. 巻: 62 ページ: 188-195
  • 査読あり
• [雑誌論文] MarR-type transcriptional regulator ChIR activates expression of tetrapyrrole biosynthesis genes in response to low-oxygen conditions in cyanobacteria (2012)
  • 著者名/発表者名: Rina Aoki
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 287 号: 16 ページ: 13500-13507
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.346205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of an O-like blue form and an anion-free yellow form of pharaonis halorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Kanada S., Takeguchi Y., Murakami M., Ihara K. and Kouyama T.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 巻: 413 ページ: 162-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] A microbial rhodopsin with a unique retinal composition shows both sensory rhodopsin II and bacteriorhodopsin-like properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo Y., Ihara K., Kobayashi S., Suzuki D., Irieda H., Kikukawa T., Kandori H. and Homma M.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 286 ページ: 5967-597
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2011Photochemistry of a putative new class of sensory rhodopsin(SRIII) coded by xop2 of Haloarcular marismortui (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakao Y., Kikukawa T., Shimono K., Tamogami J., Kimitsuki N., Nara T., Unno M., Ihara K. and Kamo N.
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol 巻: 102 ページ: 45-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of an O-like blue form and an anion-free yellow form of pharaonis halorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Kanada S., Takeguchi Y., Murakami M., Ihara K., Kouyama T.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 巻: 413 ページ: 162-176
  • 査読あり
• [雑誌論文] A microbial rhodopsin with a unique retinal composition shows both sensory rhodopsin II and bacteriorhodopsin-like properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo Y., Ihara K., Kobayashi S., Suzuki D., Irieda H., Kikukawa T., Kandori H., Homma M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 286 ページ: 5967-5976
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Microbial Rhodopsin with a Unique Retinal Composition Shows Both Sensory Rhodopsin II and Bacteriorhodopsin-like Properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y, Ihara, K., Kobayashi, S., Suzuki, D., Irieda, H., Kikukawa, T., Kandori, H., Homma, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 5967-5976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemistry of a putative new class of sensory rhodopsin (SRIII) coded by xop2 of Haloarcular marismortui (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakao, Y., Kikukawa, T., Shimono, K., Tamogami, J., Kimitsuki, N., Nara, T., Unno, M., Ihara. K., Kamo, N.
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology 巻: 102 ページ: 45-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene orders in the upstream of 16S rRNA genes divide genera of the family Halobacteriaceae into two groups (2011)
  • 著者名/発表者名: Minegishi, H., Kamekura, M., Kitajima-Ihara, T., Nakasone, K., Echigo, A., Shimane, Y., Usami, R., Itoh, T., Ihara, K.
  • 雑誌名: International Journal of Systematics and Evolutionary Microbiology
  • 査読あり
• [雑誌論文] 2010 Crystal structure of the light-driven chloride pump halorhodopsin from Natronomonas pharaonis (2010)
  • 著者名/発表者名: T., Kanada S., Takeguchi Y., Narusawa A., Murakami M. and Ihara K.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 巻: 396 ページ: 564-579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic studies of a sensory rhodopsin I homologue from the archaeon Haloarcula vallismortis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki J, Suzuki D, Ihara K, Inoue K, Kikukawa T, Sakai M, Fujii M, Homma M, Kandori H, Sudo Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 49巻 ページ: 1183-1190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the light-driven chloride pump halorhodopsin from Natronomonas pharaonis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kouyama T, Kanada S, Takeguchi Y, Narusawa A, Murakami M, Ihara K.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 396巻 ページ: 564-579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Halorubrum chaoviator sp. nov., a haloarchaeon isolated from sea salt in Baja California, Mexico, Western Australia and Naxos, Greece. (2009)
  • 著者名/発表者名: Mancinelli RL, Landheim R, Sanchez-Porro C, Dornmayr-Pfaffenhuemer M, Gruber C, Legat A, Ventosa A, Radax C, Ihara K, White MR, Stan-Lotter H.
  • 雑誌名: Int J Syst Evol Microbiol. 59巻 ページ: 1669-1673
  • 査読あり
• [学会発表] RNA-Seq法による好塩性古細菌の全転写産物解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫
  • 学会等名: 第24回日本Archaea研究会
  • 発表場所: 鶴岡
  • 年月日: 2011-09-02
• [学会発表] Crystal structure of the M intermediate of the azide-bound purple form of pharaonis halorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Taichi Nakanishi, Soun Kanada, Midori Murakami, Kunio Ihara, Tsutomu Kouyama
  • 学会等名: 第49回生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫
• [学会発表] Crystal structure of the O intermediate of bacteriorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Jin Zhang, Yosikazu Yamazaki, Masanori Hikake, Midori Murakami, Kunio Ihara, Tsutomu Kouyama
  • 学会等名: 第49回生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫
• [学会発表] 原核生物の次世代遺伝学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫
  • 学会等名: ラン藻の分子生物学2011
  • 発表場所: 相模原
• [学会発表] ハロロドプシンの立体構造と塩素イオン輸送活性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、金田創運、北島-井原智美、神山勉
  • 学会等名: 第36回日本生体エネルギー研究会/特定領域「革新ナノバイオ」合同シンポジウム
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] sRIII : A new class of retinal protein found in the genus Haloarcula (2010)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Kitajima-Ihara, Naoki Kamo, K.Ihara
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] A novel lid structure found in Natronomonas pharaonis halorhodopsin. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kunio Ihara, Soun Kanada, Tomomi Kitajima-Ihara, Tsutomu Kouyama
  • 学会等名: 第48回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-02
• [学会発表] Comparative study of archaeal light driven prton pumps for functional expression in Escherichia coli. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kunio Ihara, Soun Kanada, Tomomi Kitajima-Ihara, Tsutomu Kouyama
  • 学会等名: 第14回レチナール蛋白質国際会議
  • 発表場所: サンタクルツ(アメリカ)
  • 年月日: 2010-08-07
• [学会発表] Natronomonas pharaonisのハロロドプシンに存在する蓋構造は塩素イオンの取り込みを制御している (2010)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、北島-井原智美、金田創運、神山勉
  • 学会等名: 特定領域「超分子モーターの革新的ナノサイエンス」第5回班会議
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-06-25
• [学会発表] ハロロドプシンの立体構造と塩素イオン輸送活性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、金田創運、井原智美、神山勉
  • 学会等名: オン輸送活性」、第36回日本生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Comparative study of archaeal light driven prton pumps for functional expression in Escherichia coli (2010)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、金田創運、井原智美、神山勉
  • 学会等名: 第14回レチナール蛋白質国際会議
  • 発表場所: 米サンタクルツ
• [学会発表] 高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonisのhR大量発現株の性質 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫, 成澤明洋, 丸山恵太、竹口優, 神山勉
  • 学会等名: 第22回 日本Archaea研究会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] バクテリオロドプシンとハロロドプシンを発現している大腸菌の比較生理学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、神山勉
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] 高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonisの光駆動性塩素イオンポンプハロロドプシンの立体構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、金田創運、神山勉
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第35回討論会
  • 発表場所: 旭川
• [備考]
  • URL: http://lac2.gene.nagoya-u.ac.jp/.ihara/index.html