揺らぐ単一光応答性タンパク質の超高速分光

• 研究課題/領域番号: 21K18203
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分32:物理化学、機能物性化学およびその関連分野
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 倉持 光 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 准教授 (40709367)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円); 2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2022年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2021年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
• キーワード: 超高速分光 / 単一分子分光 / 光応答性タンパク質

研究開始時の研究の概要

本研究では一分子検出感度を有する新しい超高速分光法を駆使することで，単一光応答性タンパク質の反応ダイナミクスとその揺らぎを直接観測する。これにより，光応答性タンパク質の機能発現の起点となる速い発色団の反応と，タンパク質の遅い構造揺らぎがいかに連関し，その精緻な分子機構が達成されているのか実験的に解明する。得られる知見を元に，より優れた機能を有する光応答性タンパク質を設計・創製するための知的基盤を創出する。

研究成果の概要

これまで独立に発展してきた先端的な線形・非線形分光法と単一分子分光法のコンセプトを融合させた新しい分光手法の開拓を推進した．高繰り返しの超広帯域極短パルス光源を構築し，単一分子検出感度で室温溶液中にある分子の励起スペクトルを取得し，その自発的な揺らぎを観測する新しい方法論を開発した．単一分子レベルで光応答性タンパク質の超高速ダイナミクスとその揺らぎを観測する端緒を開いた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の分光法では，一般的には大多数の分子の集団に対して測定が行われるため，得られる情報はそれらの平均に対応していた．しかし実際には，室温・溶液中などで光応答性タンパク質のような巨大な分子の構造は常に揺らいでいるため，平均として得られる情報が分子本来の特性とどのように結びついているのかは自明ではなかった．本研究では，こうした従来の“平均を観る”分光法から得られるデータに隠れていた，個々の分子本来の情報を炙り出す新規な方法論を新たに開拓したという点において，高い学術的意義を持つ．