| 研究領域 | 発動分子科学：エネルギー変換が拓く自律的機能の設計 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00404
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (10452202)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | ロドプシン / 光 / 生物物理 / オプトジェネティクス / エネルギー変換 / 受容体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光受容タンパク質「ロドプシン」は光エネルギーを吸収し、レチナールの異性化を介して化学エネルギーへと変換する。化学エネルギーは、タンパク質の構造変化として力学エネルギーに変換され、分子機能が発現する。また、ロドプシンが吸収した光は、蛍光（光エネルギー）にも変換される。このように、本領域における『発動分子』の定義（外部エネルギーを別エネルギーに変えるもの）から、ロドプシンはまさに「発動分子」そのものと言える。このような背景のもと、本研究では、ロドプシンによる『光→化学・力学・光』エネルギーへの変換機構の理解と光生命機能操作への利用を行い、ロドプシン型『発動分子』の基礎学理構築を行う。
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| 研究実績の概要 |
ロドプシンは光エネルギーを吸収し、レチナールの異性化を介して化学エネルギーへと変換する。化学エネルギーは、タンパク質の構造変化として力学エネルギーに変換され、分子機能が発現する。また、ロドプシンは、蛍光を発する特性を有し、光エネルギーにも変換可能である。このように、本領域における『発動分子』の定義（外部エネルギーを別エネルギーへ変えるもの）から、ロドプシンはまさに“発動分子”そのものと言える。このような背景のもと、本研究では、ロドプシンによる『光-->化学・力学・光』エネルギーへの変換機構の理解と光遺伝学的利用を行うことで、ロドプシン型『発動分子』の基礎学理構築を行うことを目的とした。
本研究では各項目について以下の成果を得た。
（１）『光→化学変換』：ここでは、特に色（吸収波長）と反応速度に着目し、その改変体を作成した。色の変化は励起可能な波長域を拡げ、光操作に新たなツールを提供するものであり、反応が早い／遅い分子は、分子機能の高速制御／活性型中間体の滞留時間の延長による１光子あたりの分子機能活性の増大が期待される。
（２）『光→力学変換』：ここでは、タンパク質の力学的構造変化が生理応答に直結していることに着目し、ロドプシンによる多様な力学変換分子の創成と生命機能操作（細胞死、神経制御等）を実現した。
（３）『光→光変換』：一部のロドプシンが、高発光性を示すことを明らかにし、さらに網羅的変異導入による高発光化にも成功した。また、動物個体において閾値以下かつ高速（ms）の膜電位センサーとして利用可能であることを実証した。これらのロドプシンは、従来のCa2+インディケーター型膜電位センサーに代わるツールとなることが期待される。
以上の成果は、12報の原著論文、１０報の総説・解説論文、２件の特許出願、各種メディア報道、研究代表者および研究協力者の各種受賞につながった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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