| 研究課題/領域番号 |
23K23298
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02030 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
近藤 徹 東京工業大学, 生命理工学院, 講師 (30452204)
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| 研究分担者 |
浅井 智広 中央大学, 理工学部, 准教授 (70706564)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2023年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2022年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | １分子分光 / 超高速スペクトル分光 / 光合成光反応 / タンパク質ダイナミクス / 生体光反応のロバスト性 / 顕微分光 / 過渡吸収分光 / 光合成光捕集系 / 機能的ロバスト性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
タンパク質構造の解析手法が確立され、構造を基にした機能解析が可能となった。一方で、生体内の生理環境は刻一刻と変化しており、構造は常に変動している。このようなタンパク質の動態性を解析するため、１分子分光法が発展した。最近、光合成タンパク質１粒子の分光解析から、光反応過程も動的に変動していることが分かってきた。しかし、実際の生体内ではタンパク質が単体で機能するのではなく、複数が連結した超複合体という機能ユニットを形成し光反応を制御している。そこで本研究では、単体では不安定なタンパク質でも、超複合体のように組織化することで、機能的な安定性を獲得できるのか？、という問いの答えを探る。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、１分子感度の過渡吸収スペクトル顕微鏡を開発し、緑色硫黄細菌の光合成光捕集に関わるエネルギー移動過程を揺らぎ成分も含めて解析する。そこで初年度となる当該年度は光学測定系の開発から進めた。ノイズ軽減化のために様々な改良を行い、高感度吸収顕微鏡を完成させた。光合成反応中心タンパク質の一種であるPS I RCを１粒子レベルで測定し、蛍光と吸収の同時イメージングに成功した。さらに、フェムト秒レーザーと遅延光学系などの過渡吸収システムを組み込み、高感度過渡吸収顕微鏡の構築も行った。本研究課題の最終目標は、緑色硫黄細菌が持つ巨大な光捕集アンテナ複合体・クロロソーム、光捕集アンテナタンパク質・FMO、反応中心タンパク質・RCのエネルギー移動過程を包括的に議論することにある。そこでまずは単離精製したクロロソームを対象に１粒子過渡吸収解析を行った。pump波長を720 nm、probe波長を770 nmに設定して過渡吸収測定を行い、サブピコ秒時間スケールの超高速エネルギー移動の１粒子解析に成功した。複数のクロロソーム粒子でエネルギー移動の時定数を見積もり、それらを統計解析した。粒子毎に時定数が大きくバラつき、いくつかの時定数成分の間で相関があることも明らかにした。このように、超高速エネルギー移動の時定数の不均一性や相関性の定量解析に初めて成功した。今後の発展研究として遺伝子変異体を用いた実験を計画しており、クロロソームの微細構造に変異を加えることでエネルギー移動の不均一性にどのような影響がでるのかを解析し、光捕集機能のロバスト性の議論へと展開させたいと考えている。これらに加え、フーリエ分光測定系の構築も行い、スペクトル情報の取得に成功している。次年度以降は、スペクトル分光まで可能になるよう装置改良を行い、FMOやRCも含めた１粒子過渡吸収スペクトル分光を実現させる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度は、高感度吸収顕微鏡の構築およびフーリエ分光法の確立を計画していた。当初の計画通り、光合成反応中心タンパク質の１粒子吸収イメージングに成功し、スペクトル顕微測定のデモ実験も行うことができた。さらに、次年度以降に予定していた光合成光捕集アンテナ・クロロソームの１粒子過渡吸収実験も早めに開始することができた。測定にも成功しており、これらにフーリエ分光技術を組み込むことで１粒子の過渡吸収スペクトルを実現できる。このように、本研究計画は今のところおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度で高感度吸収顕微鏡および過渡吸収顕微鏡の基盤技術を構築することができた。フーリエ分光測定の基礎となる測定技術も確立でき、今後はこれらを組み合わせることで過渡吸収スペクトル分光顕微を実現する。さらに、過渡吸収信号の高速計測ができるように装置を拡張し、経時的な信号の揺らぎを解析することで光合成光捕集機能のロバスト性まで明らかにする。これらの装置改良に加え、緑色硫黄細菌が持つ光捕集光学系の１粒子過渡吸収解析を進めていく。光捕集アンテナ複合体・クロロソームの解析はすでに開始しており、かなりの成果を挙げることができている。そこで、当初の計画にはなかったが、遺伝子変異体を用いた発展研究も同時に進行させることにし、すでに変異株の培養などの準備を進めている。また、研究計画の本筋である光捕集アンテナタンパク質・FMOや反応中心タンパク質・RCの解析も今後進めていく予定である。
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