組織レベルのイメージングと光遺伝学に向けた遠赤色光プローブ／スイッチ開発

• 研究課題/領域番号: 26702036
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ケミカルバイオロジー
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 成川 礼 静岡大学, 理学部, 講師 (30456181)
• 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: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円); 2016年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2015年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2014年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: オプトジェネティクス / 遠赤色光 / cAMP / シアノバクテリオクロム / 蛍光バイオイメージング / 蛍光プローブ

研究成果の概要

哺乳類内在色素であるビリベルジン（BV）を結合し、個体の奥深くまで浸透する遠赤色光を吸収できる小分子光スイッチ・蛍光プローブを開発するため、シアノバクテリア由来の光受容体群シアノバクテリオクロム（CBCR）の解析を進めた。その結果、BVを高効率で結合し、遠赤色光と橙色光の間で光変換するCBCRを発見し、BV非結合CBCRに変異を導入することでBV結合能を付与することに成功した。さらに、単色光照射後、速やかに暗反転するCBCRや光変換のシフト幅の大きいCBCRも発見した。これらの分子を利用し、cAMP合成の光制御や、哺乳類培養細胞からの遠赤色蛍光の検出にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Distinctive Properties of Dark Reversion Kinetics between Two Red/Green-Type Cyanobacteriochromes and their Application in the Photoregulation of cAMP Synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Fushimi K, Enomoto G, Ikeuchi M, Narikawa R.
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 巻: 93 号: 3 ページ: 681-691
  • DOI: 10.1111/php.12732
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The Expanded Red/Green Cyanobacteriochrome Lineage: An Evolutionary Hot spot (2017)
  • 著者名/発表者名: Fushimi K, Ikeuchi M, Narikawa R.
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 巻: 93 号: 3 ページ: 903-906
  • DOI: 10.1111/php.12764
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoconversion and Fluorescence Properties of a Red/Green-Type Cyanobacteriochrome AM1_C0023g2 That Binds Not Only Phycocyanobilin But Also Biliverdin. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fushimi K, Nakajima T, Aono Y, Yamamoto T, Ni-Ni-Win, Ikeuchi M, Sato M, Narikawa R.
  • 雑誌名: Front. Microbiol. 巻: 7 ページ: 588-588
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00588
  • NAID: 120005941618
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cyanobacteriochrome Photoreceptors Lacking the Canonical Cys Residue. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fushimi K, Rockwell NC, Enomoto G, Ni-Ni-Win, Martin SS, Gan F, Bryant DA, Ikeuchi M, Lagarias JC, Narikawa R.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 55 号: 50 ページ: 6981-6995
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00940
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Red-shifted red/green-type cyanobacteriochrome AM1_1870g3 from the chlorophyll d-bearing cyanobacterium Acaryochloris marina. (2015)
  • 著者名/発表者名: Narikawa R, Fushimi k, Ni-Ni-Win, Ikeuchi M.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 461 号: 2 ページ: 390-395
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.04.045
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A biliverdin-binding cyanobacteriochrome from the chlorophyll d–bearing cyanobacterium Acaryochloris marina (2015)
  • 著者名/発表者名: Rei Narikawa, Takahiro Nakajima, Yuki Aono, Keiji Fushimi, Gen Enomoto, Ni-Ni-Win, Shigeru Itoh,Moritoshi Sato, Masahiko Ikeuchi
  • 雑誌名: SCIENTIFIC REPORTS 巻: 5 号: 1 ページ: 7950-7950
  • DOI: 10.1038/srep07950
  • NAID: 120005838624
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A new type of dual-Cys cyanobacteriochrome GAF domain found in cyanobacterium Acaryochloris marina, which has an unusual red/blue reversible photoconversion cycle. (2014)
  • 著者名/発表者名: Narikawa R., Enomoto G., Ni-Ni-Win, Fushimi K., Ikeuchi M.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 53 号: 31 ページ: 5051-5059
  • DOI: 10.1021/bi500376b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 光合成微生物・シアノバクテリアからの新規光センサーの発見とその応用利用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 成川礼
  • 学会等名: 2015年度第2回バイオ単分子研究会
  • 発表場所: いわき湯本温泉 新つた（福島県いわき湯本）
  • 年月日: 2016-03-30
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリアの光応答戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 成川礼
  • 学会等名: 2016年度日本ブランクトン学会春期シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリア由来の光受容体を利用したオプトジェネティクスツールの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 成川 礼
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [学会発表] クロロフィルdにより長波長の光で光合成を行うシアノバクテリアAcaryochloris marinaは、感知する光も長波長の光なのか？ (2015)
  • 著者名/発表者名: 成川礼
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2015
  • 発表場所: かずさアカデミアパーク（千葉県木更津市）
  • 年月日: 2015-11-16
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルdを持つシアノバクテリアAcaryochloris marinaの光受容体シアノバクテリオクロムの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 成川礼、伏見圭司、榎本元、池内昌彦
  • 学会等名: 日本植物学会第79回大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2015-09-06
• [学会発表] Development of red/far-red light-responsive cAMP-synthetic switches (2015)
  • 著者名/発表者名: Fushimi K, Enomoto G, Ikeuchi M, Narikawa R
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: チュービンゲン、ドイツ
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Cyanobacteriochromes with unique spectral features from the chloro-phyll d-bearing cyanobacetrium Acaryochloris marina (2015)
  • 著者名/発表者名: Narikawa R, Fushimi K, Enomoto G, Ni-Ni-Win, Ikeuchi M
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: チュービンゲン、ドイツ
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] 赤・遠赤色光スイッチ型 cAMP 合成酵素の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伏見圭司、榎本元、池内昌彦、成川礼
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会
  • 発表場所: 岡山市、岡山県、岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [産業財産権] 蛍光特性を有する複合体 (2014)
  • 発明者名: 成川礼、佐藤守俊、池内昌彦
  • 権利者名: 静岡大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-10-01