センサー型ロドプシンの分子科学:機能と構造変化の連関性

• 研究領域: 分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
• 研究課題/領域番号: 22018010
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 須藤 雄気 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10452202)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2011年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2010年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: 膜タンパク質 / 生物物理学 / 振動分光法 / 分光法 / 光生物学 / 分子認識 / シグナル伝達 / 受容体 / 光センサー / ロドプシン

研究概要

ロドプシン類は、光で反応のオン・オフを容易に調節できる点から、現在の生命科学研究の主題である構造-機能相関を分子論的に理解できる有用なツールである。本研究では微生物の光センサー型ロドプシンに着目し、機能と構造変化の連関性を明らかにすることを目的とした。当該年度の主な研究成果は以下の通りである。
[1]新しいロドプシン類の単離・同定・発現・精製
不安定で解析が困難だった誘因光受容体・センサリーロドプシンI(SRI)について、安定な分子を見いだした。また、新規ロドプシン分子を見いだしミドルロドプシン(MR)と名付けた。さらに、これら光センサータンパク質の下流分子(情報伝達に関わる分子群)についても単離・同定に成功し、発現・精製系を構築した。これにより、これまで困難であった測定が可能となった。
[2]構造・構造変化・機能解析
SRIや忌避光受容体・センサリーロドプシンII(SRH)を中心に、種々の分光法や生化学的・生物物理学的・分子生理学的手法を駆使して、タンパク質分子の形(構造)、やその変化(構造変化)を明らかにし、機能との連関性をアミノ酸レベルで明らかにした。SRHのTyr174の構造変化、SRIの体積変化など、物理化学的性質から、細菌運動解析など細胞生物学的解析までをうまく融合することができた。MRについては、光反応が極めて特徴的であることを見いだし、さらに光反応中における構造変化を時間分解分光法により明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Spectral tuning in sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Yuasa, Y., Shibata, J., Suzuki, D., Homma, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 286 号: 13 ページ: 11328-11336
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.187948
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the structural change of Tyr174 in the primary reaction of sensory rhodopsin II (2011)
  • 著者名/発表者名: Misao Mizuno, Yuki Sudo, Michio Homma and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 号: 15 ページ: 3170-3180
  • DOI: 10.1021/bi101817y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectrally silent intermediates during the photochemical reactions of Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Inoue, Y.Sudo, M.Homma, H.Kandori
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 巻: 115 号: 15 ページ: 4500-4508
  • DOI: 10.1021/jp2000706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural characteristics around β-ionone ring of the retinal chromophore in Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Irieda, L.Reissig, A.Kawanabe, M.Homma, H.Kandori, Y.Sudo
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 号: 22 ページ: 4912-4922
  • DOI: 10.1021/bi200284s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional expression of a two-transmembrane HtrII protein using cell-free synthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Tanaka, R., Kobayashi, T., Kamo, N., Kohno, T., Kojima, C.
  • 雑誌名: BIOPHYSICS 巻: 7 ページ: 51-58
  • DOI: 10.2142/biophysics.7.51
  • NAID: 130000741389
  • ISSN: 1349-2942
  • 査読あり
• [雑誌論文] An active photoreceptor intermediate revealed by in situ photoirradiated solid-state NMR spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomonaga, Y., Hidaka, T, Kawamura, I, Nishio, T, Ohsawa, K, Okitsu, T, Wada, A, Sudo, Y, Kamo, N, Ramamoorthy, A, Naito, A.
  • 雑誌名: Biophys.J. 巻: 101 号: 10 ページ: L50-L52
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.10.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] A microbial rhodopsin with a unique retinal composition shows both sensory rhodopsin II and bacteriorhodopsin-like properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Ihara, K., Kobayashi, S., Suzuki, D., Irieda, H., Kikukawa, T., Kandori, H., Homma, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 5967-5976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral tuning in sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Yuasa, Y., Shibata, J., Suzuki, D., Homma, M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 286 ページ: 11328-11336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectrally silent intermediates during the photochemical reactions of Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • 著者名/発表者名: Inoue, K., Sudo, Y., Homma, M., Kandori, H.
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: (未定 印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport and sensory rhodopsins in microorganisms (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y.
  • 雑誌名: CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology, the 3rd edition. 巻: (未定 印刷中)
• [雑誌論文] 高度好塩性微生物の"目":センサリーロドプシンへのCl^-イオン結合の役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気、井原邦夫、本間道夫、加茂直樹
  • 雑誌名: 極限環境微生物学会誌 巻: (未定 印刷中)
  • NAID: 40019582700
• [雑誌論文] 光で動く微生物-ロドプシン分子による光受容と情報伝達機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 割石学、本間道夫、須藤雄気
  • 雑誌名: O plus E「特集:光アクチュエーター」 巻: 32 ページ: 519-524
• [雑誌論文] Protein-protein interaction changes in an archaeal light-signal transduction (2010)
  • 著者名/発表者名: Kandori, H., Sudo, Y., Furutani, Y.
  • 雑誌名: Journal of Biomedicine and Biotechnology 巻: Article ID424760 ページ: 14-14
• [学会発表] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: JSTさきがけ研究領域合同国際シンポジウム「持続する社会を先導する光科学:環境・エネルギー・機能材料」
  • 発表場所: 日吉(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 色付きタンパク質の生物学的・化学的・物理学的研究の面白さと奥深さ (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第1回超異分野学会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 微生物型ロドプシンタンパク質の利用を考える (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 平成23年度「若手研究者による分野間連携研究プロジェクト」NINS program for cross-disciplinary study,山中&古谷プロジェクト冬の合同会議
  • 発表場所: 箱根(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-13
• [学会発表] ロドプシンを愛して:微生物の光情報伝達と光制御ツール開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 北海道大学電子科学研究所研究セミナー
  • 発表場所: 札幌(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-29
• [学会発表] センサリーロドプシンとの出会いと今後の野望 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 名古屋工業大学・生物物理化学研究会シンポジウム「光といのち」
  • 発表場所: 名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-25
• [学会発表] 微生物型ロドプシンの基礎的研究とそこから見える新たな地平 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 横浜国立大学研究セミナー「細胞膜中機能性生体分子の構造生物学的研究」
  • 発表場所: 横浜(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-05
• [学会発表] 光機能性・制御性蛋白質による細胞・個体操作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第4回文部科学省「最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム」シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] 新規微生物型ロドプシン(MR)から観る光駆動イオンポンプから光センサーへの分子進化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 井原邦夫, 小林詩織, 鈴木大介, 入枝泰樹, 菊川峰志, 神取秀樹, 本間道夫
  • 学会等名: 第84回・日本生化学会年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Spectral tuning in sensory rhodopsin(センサリーロドプシンの吸収波長制御機構) (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 湯浅恭史, 柴田巡, 鈴木大介, 本間道夫
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] What should we learn from sensory rhodopsins? : Signal transfer mechanism and its application for protein expression (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 本間道夫
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 微生物型ロドプシンタンパク質における特異な光反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 本間道夫
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える-静止画から動画へ-」
  • 発表場所: 岡崎(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] Molecular and evolutionary aspects of microbial sensory rhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Homma, M.
  • 学会等名: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology (AOCP)
  • 発表場所: Nara, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-31
• [学会発表] Type1ロドプシンで初めて見いだされたall-trans→11-cis型光異性化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 沖津貴志, 水野操, 和田昭盛, 水谷泰久, 本間道夫, 古谷祐詞
  • 学会等名: 第38回・生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 7回膜貫通型色素結合タンパク質(ロドプシン)の調製法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第11回・日本蛋白質科学会年会蛋白質科学会アーカイブワークショップ
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-09
• [学会発表] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y.
  • 学会等名: AS-JST Joint Workshop on innovative Use of Light and Nano/Bio
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-29
• [学会発表] ロドプシンに魅せられて-微生物の光情報伝達と光制御ツール開発- (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 筑波大学・物質工学セミナー
  • 発表場所: 筑波(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-19
• [学会発表] 光受容タンパク質による微生物の光センシングの理解とその利用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気、本間道夫
  • 学会等名: 日本薬学会 第131年会
  • 発表場所: 静岡県静岡市、日本
  • 年月日: 2011-03-29
• [学会発表] Microbial Sensory Rhodopsins : Structural change, function and tool for optogenetics (2010)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Homma, M.
  • 学会等名: GCOE/Structural Biology Research Center International Symposium : Protein structure and dynamics ; from molecules to assembly
  • 発表場所: 愛知県名古屋市、日本
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Molecular Evolution from the light-energy converting protein to the light sensing protein (2010)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Irieda, H., Ihara, K., Homma, M.
  • 学会等名: The 48th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: 宮城県仙台市、日本
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 微生物型ロドプシンの分子進化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気、本間道夫
  • 学会等名: 生理学研究所研究会
  • 発表場所: 愛知県岡崎市、日本
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 機能性・制御性膜タンパク質(微生物型ロドプシン)による新しい解析ツールの創成に向けて (2010)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第2回 光操作研究会
  • 発表場所: 愛知県岡崎市、日本
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] 生物物理を愛して10年、ロドプシン分子のこれからの10年、DABESA!! (2010)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第50回 生物物理若手の会 夏の学校
  • 発表場所: 愛知県一宮市、日本
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] 光駆動イオンポンプ蛋白質から、光センサー蛋白質への分子進化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 井原邦夫, 小林詩織, 鈴木大介, 入枝泰樹, 菊川峰志, 神取秀樹, John L.Spudich, 本間道夫
  • 学会等名: 第16回 光生物学協会 年会
  • 発表場所: 大阪府大阪市、日本
  • 年月日: 2010-08-11
• [学会発表] Sensory signal transduction from the sensory rhodopsins to their cognate transducer proteins in microbes (2010)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y.
  • 学会等名: 14th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: Santa cruz, USA
  • 年月日: 2010-08-03
• [図書] 極限環境微生物学会誌 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気、井原邦夫、本間道夫、加茂直樹
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 高度好塩性微生物の"目":センサリーロドプシンへのCl^-イオン結合の役割
• [備考]
  • URL: http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100001035_ja.html
• [備考]
  • URL: http://kenpro.mynu.jp:8001/Profiles/0054/0005480/profile.html
• [産業財産権] アナベナセンサリーロドプシンを利用したタンパク質発現法 (2010)
  • 発明者名: 須藤雄気, 入枝泰樹, 本間道夫
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権番号: 2010-181053
  • 出願年月日: 2010-08-12