| 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 |
水野 操 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10464257)
石川 春人 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (40551338)
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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．ガスセンサータンパク質の構造変化と機能発現機構の研究
FixLはマメ科植物と共生する根粒菌に含まれる酸素センサータンパク質で、細胞内酸素濃度を感知する。これまでの研究から、酸素の結合に伴って起きるTyr201の水素結合強度変化が活性制御に重要であることが明らかになっている。本研究では、時間分解紫外共鳴ラマン分光法を用いて、酸素の脱離に伴いTyr201の水素結合強度が数マイクロ秒の時定数で変化していることを明らかにした。さらに、複数のタンパク質のドメインを組み合わせたキメラタンパク質を作製し、FixLと同様の活性制御が可能であることを実証した。これは、タンパク質のアロステリーが共通の機構によって起きていることを示唆する結果であり興味深い。また、一酸化炭素センサータンパク質CooA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
グロイオバクターロドプシン（GR）は、光エネルギーを利用してプロトンを細胞内から細胞外へと輸送する。本研究では、共鳴ラマン分光法を用いて、ナノ秒からミリ秒領域におけるレチナール発色団の構造および周辺残基との相互作用を調べた。その結果、プロトン輸送に関与しているGlu132残基と発色団の間には10 Å以上の距離があるにも関わらず、初期中間体の段階で相互作用が形成されることを明らかにした。また、ナトリウムイオンポンプKR2および塩化物イオンポンプFR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。
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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
計画通り、タンパク質の柔らかさと機能発現との相関を解明する研究が進んでいる。新規に開始したキメラタンパク質を用いたアロステリック機構解明を目指す研究も軌道に乗っている。中間評価においても高い評価を得ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、共鳴ラマン分光法がもつ長所を最大限に活かし、複数の機能部位の構造変化を多面的に観測する。これらのダイナミクス観測とタンパク質の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。
平成28年度は、これまで行ってきたプロトン輸送タンパク質の研究を拡張し、プロトン輸送タンパク質以外のイオン輸送タンパク質へ研究を行う。新規の塩化物イオン輸送タンパク質、および神取グループ（A03項目)によって発見されたナトリウムイオン輸送タンパク質について、発色団および周囲のタンパク質部分に起きる構造変化を調べ、イオン輸送機構を解明する。また、アミノ酸残基のアンチストークススペクトル測定によって、タンパク質内エネルギー伝搬過程を残基の空間分解能で時空間マッピングする。北尾グループ（A01項目)によるMDシミュレーションの結果と比較し、タンパク質内のエネルギー伝搬経路を明らかにする。ここから、連動的な構造変化を駆動する要素であるエネルギーフローの機構を解明する。
上記の研究によって得られた機能発現機構に基づいて、機能発現の原理解明および原理解明に基づいた機能性分子設計を行う。
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