| 研究領域 | 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
25104006
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
水谷 泰久 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60270469)
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| 研究分担者 |
石川 春人 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (40551338)
水野 操 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10464257)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | ラマン分光学 / アロステリー / 時間分解分光学 |
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| 研究実績の概要 |
１．ヘムタンパク質の構造変化と機能発現機構の研究 ヒトヘモグロビンは、α鎖とβ鎖の2種類のサブユニットが2つずつ会合した四量体で、サブユニット間の構造変化を介した相互作用により協同性を示す。我々はα鎖のヘムでリガンド脱離後に起きた構造変化がサブユニット界面を介してβ鎖のヘムに約20 μsで伝播することを明らかにした。これは、ひとつのサブユニットから隣接するサブユニットへの構造伝搬を観測した最初の例である。また、一酸化炭素センサータンパク質CooA、酸素センサータンパク質FixLについてもその構造ダイナミクスを調べ、機能発現機構について考察した。
２．光受容タンパク質の構造変化と機能発現機構の研究 レチナールタンパク質では、レチナール発色団に光異性化が起きることによってタンパク質の局所的な構造変化が誘起される。これがタンパク質の大域的な構造変化を起こし、機能が発現する。我々は、2種類のイオンポンプ（ハロロドプシンおよびグロイオバクターロドプシン）について、時間分解共鳴ラマン分光法で光サイクル中に見られる反応中間体の発色団構造を決定した。
３．タンパク質内エネルギーフローに関する研究 タンパク質内のエネルギーフローを、ヘムタンパク質を用いて調べた。本研究では、チトクロムb562が、へムと4本のαヘリックスからなる単純な立体構造をもつことを利用した。すなわち、αヘリックスの1ターン単位でトリプトファン残基の位置をずらした三種類の変異体を作製し、ヘムを分子ヒーター、トリプトファン残基をエネルギープローブとして用い、エネルギー伝達の量や速度の距離依存性を系統的に調べた。
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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
時間分解共鳴ラマンスペクトル測定の時間範囲を100ミリ秒まで拡張し、より広範囲の時間領域でタンパク質ダイナミクスを観測できるようになった。また、ヘモグロビンの研究成果は論文としてまとめており、CooAの研究成果も投稿準備中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、ダイナミクス観測と活性測定とを組み合わせて、タンパク質のどのような動きが機能を生み出しているのかを明らかにする。
（1）光駆動型イオン輸送タンパク質の構造変化と活性相関の解明
時間分解共鳴ラマン分光法を用いて、光吸収に伴う発色団およびポリペプチド鎖の構造変化を明らかにする。また、光照射に伴うタンパク質のイオン輸送量をpH電極によって計測し、イオン輸送活性を定量的に評価する。タンパク質の構造変化とイオン輸送活性との相関関係を調べ、タンパク質のどのような動きがイオン輸送を可能にしているのかを明らかにする。主にプロトン輸送タンパク質、塩化物イオン輸送タンパク質、ナトリウムイオンタンパク質を対象として研究を行う。後者の二つについては、イオンの種類にスペクトルがどのように依存するかを明らかにし、タンパク質内のイオン結合部位に関する情報を得る。
（2）酸素結合タンパク質の構造変化と活性相関の解明
酸素依存的なリン酸化酵素であるFixLおよび酸素運搬体ヘモグロビンを対象に研究を行う。FixLについては、酸素分子のタンパク質からの脱離に伴う、酸素分子結合部位（ヘム）およびポリペプチド鎖の構造変化を明らかにする。また、酸素分子の有無による酵素活性の変化量をリン酸親和性Phos-tag電気泳動法によって計測する。多数の変異体について測定を行い、タンパク質の構造ダイナミクスと酵素活性との相関関係を調べる。これらのデータから、酸素分子の結合・脱離による酵素活性の制御機構を明らかにする。ヘモグロビンについては、酸素の脱離に伴って、ヘム－タンパク質間相互作用、サブユニット－サブユニット間相互作用がどのように変化するかを調べる。四量体ヘモグロビンと二量体ヘモグロビンの構造ダイナミクスを比較し、協同性を発現するミニマムな構造単位を明らかにする。
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