光二量体化を用いた遺伝子発現と酵素活性の光制御

• 研究課題/領域番号: 26440077
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 久冨 修 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (60231544)
• 研究協力者: 岩佐 達郎 ; 神取 秀樹 ; 坂井 貴臣 ; 榊原 俊介 ; 七田 芳則 ; 寺嶋 正秀 ; 中村 亮介 ; 濱田 格雄 ; 深田 義孝 ; 丸田 晋作 ; 三野 広幸 ; 山下 隼人
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016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); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 光制御 / 転写因子 / 光遺伝学 / LOVドメイン / bZIPドメイン / 光スイッチ / 分子間相互作用

研究成果の概要

本研究では、オーレオクロームのC末側のアミノ酸配列を参考にして、新規タンパク質モジュール（PZ）を作成した。生体分子複合体を計測するシステムを改良して解析を行ったところ、PZは暗状態では単量体として存在するが、青色光により一過的に二量体化してDNAへの結合性を増す「光活性化bZIPモジュール」として機能することが明らかになった。さらに、PZの単量体と二量体の二状態安定化の分子機構を明らかした。また、蛍光タンパク質と連結したPZが、融合タンパク質中で光活性化bZIPモジュールとして機能することを示し、遺伝子発現や酵素活性の光制御に向けた分子基盤を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Time-resolved Detection of Light-induced Dimerization of Monomeric Aureochrome-1 and Change in Affinity for DNA (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Akiyama, Y. Nakasone, Y. Nakatani, O. Hisatomi, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 120 号: 30 ページ: 7360-7370
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b05760
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular mechanism of Photozipper, a light-regulated dimerizing module consisting of the bZIP and LOV domains of Aureochrome-1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakatani, O. Hisatomi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: E-pub 号: 21 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00320
  • 査読あり
• [雑誌論文] A light-regulated bZIP module, Photozipper, induces the binding of fused proteins to the target DNA sequence in a blue light-dependent manner. (2015)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi, Keigo Furuya
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 14 号: 11 ページ: 1998-2006
  • DOI: 10.1039/c5pp00178a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Accuracy of protein size estimates based on light scattering measurements. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, K., Nakatani, Y. and Hisatomi, O.
  • 雑誌名: Open J. Biophys. 巻: 4 号: 02 ページ: 83-91
  • DOI: 10.4236/ojbiphy.2014.42009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Blue light-induced dimerization of monomeric aureochrome-1 enhances its affinity for the target sequence. (2014)
  • 著者名/発表者名: O. Hisatomi, Y. Nakatani, K. Takahashi, H. Kataoka
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 号: 25 ページ: 17379-17391
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.554618
  • 査読あり
• [雑誌論文] bZIP型転写因子の光制御機構とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久冨 修
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 54 号: 6 ページ: 307-310
  • DOI: 10.2142/biophys.54.307
  • NAID: 130004713030
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • 査読あり
• [学会発表] コアフコース認識レクチンPhoSLの構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上萌恵、Nguyen Minh Hien、和泉雅之、岡本亮、小林夕香、上野泰、岡本裕樹、林文晶、久冨修、梶原康宏
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会
  • 発表場所: 横浜、神奈川
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Reaction mechanism in Photozipper monitored by Electron Paramagntic Resonanced (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ozeki, H. Nagashima, O. Hisatomi, H. Mino
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] The quantitative analyses for the DNA binding of Photozipper (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakatani1, O. Hisatomi
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] The DNA-binding of a light-regulated bZIP module, photozipper, analyzed by quartz crystal microbalance (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Tateyama, O. Hisatomi
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Mutational analyses of the conformational switching of a light-regulated bZIP module, Photozipper (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Hisatomi
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Thermal activation rates of visual pigments expressed in rods (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kojima, Y. Matsutani, M. Yanagawa, T. Yamashita, Y. Imamoto, O. Hisatomi, Y. Yamano, A. Wada, and Y. Shichida
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Optimization mechanism of vertebrate visual pigments for photic environment (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsutani, K. Kojima, M. Yanagawa, T. Yamashita, Y. Imamoto, O. Hisatomi, Y. Yamano, A. Wada, Y. Shichida
  • 学会等名: 日本動物学会第 87回大会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2016-11-14
• [学会発表] 機能性タンパク質photozipperの反応過程の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小関康平、長嶋宏樹、久冨修、三野広幸
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会（SEST2016)
  • 発表場所: 大阪市大、大阪
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] Thermal isomerization rate of retinal chromophore in blue-sensitive cone pigments expressed in amphibian green rods (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kojima, Y. Matsutani, T. Yamashita, M. Yanagawa, Y. Imamoto, Y. Yamano, A. Wada, O. Hisatomi, Y. Shichida
  • 学会等名: 16th International Conference on Retinal ProteinsI (ICRP2016)
  • 発表場所: Potsdam, Germany
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNA-binding of a light-regulated bZIP module, Photozipper (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakatani and O. Hisatomi
  • 学会等名: 第38回日本比較生理生化学会、東京大会（jscpb2016）
  • 発表場所: 玉川大学、東京
  • 年月日: 2016-09-02
• [学会発表] 光制御型 bZIP モジュールの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久冨修、中谷陽一、竹内健
  • 学会等名: 第19回 日本光生物学協会 年会
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2016-07-28
• [学会発表] 錐体視物質の暗環境適応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松谷優樹、小島慧一、柳川正隆、山下高廣、今元泰、久富修、山野由美子、和田昭盛、七田芳則
  • 学会等名: 第19回 日本光生物学協会 年会
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2016-07-28
• [学会発表] Undergraduate education in geochemistry and cosmochemistry at Osaka University, Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Yabuta, T. Kondo, S. Nakashima, S. Sasaki, H. Shibai, K. Terada, M. Toyoda, T. HironoI, O. Hisatomi, K. Saiki, H. Terasaki, C. Uyeda, C. Yamanaka, J. Aoki, K. Hashizume, Y. Kawai, T. Sakaiya, A. Tani
  • 学会等名: Goldschmidt Conference
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Blue light-induced DNA binding of an engineered bZIP module, Photozipper (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Hisatomi
  • 学会等名: 4th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (AWEST 2016)
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms of a light-activatable bZIP module, Photozipper (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Hisatomi and Y. Nakatani
  • 学会等名: th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (AWEST 2016)
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative analyses of the Photozipper/DNA complex formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakatani and O. Hisatomi
  • 学会等名: 4th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (AWEST 2016)
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of a bZIP transcription factor by light (2015)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 第40回日本比較内分泌学会・第37回日本比較生理生化学会 合同大会
  • 発表場所: JMSアステールプラザ、広島
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] Evaluation of DNA-binding of a light-activatable bZIP module, Photozipper (2015)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi, Yuki Yabe, Yoichi Nakatani
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Molecular mechanism of Photozipper, a light-regulated bZIP module (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Nakatani, Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Dark regeneration kinetics of site-directed mutants of bZIP module, Photozipper (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yabe, Yoichi Nakatani, Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Analyses of a light-regulated bZIP protein, Photozipper, fused with YFP and mCherry (2015)
  • 著者名/発表者名: Keigo Furuya, Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Characterization of an engineered photoactivatable bZIP module, Photozipper (2015)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 3rd AWEST 2015
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A light-activatable bZIP module, Photozipper, induces the binding of fused proteins to the target sequence in a blue light-dependent manner (2015)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi and Keigo Furuya
  • 学会等名: 3rd AWEST 2015
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanism of Photozipper, a light-regulated bZIP module (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Nakatani, Osamu Hisatomi
  • 学会等名: 3rd AWEST 2015
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会
• [学会発表] A photo-activated basic-leucine zipper module, opZL (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisatomi, O., Nakatani, Y. and Kai, Y.
  • 学会等名: Interenational Conference of Retinal Proteins 2014
  • 発表場所: Nagahama, Shiga, Japan
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] Functional evaluation of the light-induced dimerizing module, Photodimerizer, fused with fluorescent proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Osamu Hisatomi, Yoich Nakatani, Yuki Kai
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Molecular mechanism for dimerization of the light-regulated bZip module, Photodimeizer. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Nakatani, Osamu Hisatom
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Reaction Dynamics of Light Dependent Transcription Factor Aureochrome-1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Akiyama, Yusuke Nakasone, Osamu Hisatomi, Yoichi Nakatani, Masahide Terazima
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Photocontrolled DNA-binding of a bZIP protein. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hisatomi, O
  • 学会等名: 2nd Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications
  • 発表場所: Awaji Island, Hyogo, Japan
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-17
  • 招待講演
• [備考] 久冨のページ
  • URL: http://gabriel.ess.sci.osaka-u.ac.jp/html/hisatomi/hisatomi-jp.html