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2013 年度 実績報告書

レチナールタンパク質の生物物理化学的解析

研究課題

研究課題/領域番号 13F03076
研究機関名古屋大学

研究代表者

須藤 雄気  名古屋大学, 大学院理学研究科, 准教授

研究分担者 DALGLEISH Louisa (REISISIG Louisa)  名古屋大学, 大学院理学研究科, 外国人特別研究員
キーワードレチナールタンパク質 / 光反応 / 光遺伝学 / 分光法
研究概要

本研究は、生物内で様々な光反応を制御するレチナールタンパク質の機能発現機構を理解し、さらにそれらを基盤とした新しい光化学・光工学的ツールの開発を目指すものである。特別研究員は、これまで物理を基礎とした化学的研究により、数多くの業績を上げてきた、最近は生体分子に対象を広げ、光受容レチナールタンパク質の反応解析を行ってきた。これら、物理から生物までの知識・経験を生かし、レチナールタンパク質の包括的理解と、光化学・光工学的応用を試みている。本研究では以下の3つの課題に取り組んでいる。
1, 新しい分子の単離・精製
2, 構造・構造変化の解析
3, 人工光受容分子・光操作ツールの開発
1,については、応用化に耐えうる安定な分子の探索を行った。その結果、超好熱菌から新しいレチナールタンパク質を発見し、サーモフィリックロドプシン・TRと命名した(J. Biol. Chem., 2013a)。この分子はこれまで見つかっているレチナールタンパク質の中で最も熱に対して安定な分子であった。2,については、これまで我々が発見してきた分子の構造および構造変化を、過渡吸収変化(可視、赤外、ラマン、蛍光)で調べるとともに(J. Phys. Chem. B, 2013,2014, Chem. Phys., 2013)、NMR分光法を用いた発色団構造の決定を行った(Angew. Chem. Int. Ed., 2014)。3,については、1および2を礎に、青色光感受性タンパク質の創成と、その特性を利用した光誘起神経活動抑制能の実証を行った(J. Biol. Chem, 2013b)。このように、基礎(分子の探索)から応用(ツール開発)にいたる包括的研究において順調に成果が出ている

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

超好熱菌由来の安定分子の発見は(TRと命名 : J. BioL Chem., 2013a)、基礎的な面ならず、材料的見地から、光化学・光工学的ツールの開発においても重要な進展となった。解析法の開拓でも原著論文4報を発表し(J. Phys. Chem. B, 2013, 2014, Chem. Phys., 2013, Angew. Chern. Int. Ed., 2014)、応用面においても、動物内での色変換体による行動制御に成功するなど成果を挙げている(J. Biol. Chem., 2013b)。既にTRを利用した光操作ツールの開発や光ディテクターの開発(投稿準備中)にも成功しており、当初の計画以上に研究が進展しているものと判断している。

今後の研究の推進方策

本研究課題は、上述の通り、基礎となる分子の探索、分子解析法の開拓に一定の目処がついている。今後は、新しい光化学・光工学的ツールの開発を試みる。今年度は、最終段階であるツール開発により専念することを計画している。この部分については、当初から名古屋大学大学院理学研究科の阿波賀邦夫教授のグループとの共同研究を計画していたが、代表者(須藤)の移動もあり、次年度から研究代表者を阿波賀教授へ変更することを届け出て、承認を得ている(JSPS : 2013年2月19日付)。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 4件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] The early steps in the photocycle of a photosensor protein sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber2014

    • 著者名/発表者名
      Sudo, Y., Mizuno, M., Wei, Z., Takeuchi S., Tahara. T., Mizutani. Y.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 118 ページ: 1510-1518

    • DOI

      10.1021/jp4112662

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Color discriminating retinal configurations of sensory rhodopsin I by photo-irradiation solid state NMR spectroscopy.2014

    • 著者名/発表者名
      Yornoda, H., Makino, Y., Tomonaga, Y., Hidaka, T., Kawamura, I., Okitsu, T., Wada, A., Sudo, Y., Naito, A.
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: (印刷中)

    • DOI

      10.1002/ange.201309258

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large spectral change due to amide modes of a β-sheet upon the formation of an early photointermediate of middle rhodopsin2013

    • 著者名/発表者名
      Furutani, Y., Okitsu, T., Reissig, L., Mizuno, M., Homma, M., Wada, A., Mizutani, Y., Sudo, Y.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 117 ページ: 3449-3458

    • DOI

      10.1021/jp308765t

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of the chromophore binding cavity in the 11-cis acceptable microbial rhodopsin MR2013

    • 著者名/発表者名
      Mori, A., Yagasaki, J., Homma, M., Reissig, L., Sudo, Y.
    • 雑誌名

      Chem. Phys.

      巻: 419 ページ: 23-29

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.201211.020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A blue-shifted light-driven proton pump for neural silencing2013

    • 著者名/発表者名
      Sudo, Y., Okazaki, A., Ono, H., Yagasaki, J., Sugo, S., Kamiya, M., Reissig, L., Inoue, K., Ihara, K., Kandori, H., Takagi, S., Hayashi, S.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 20624-20632

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.475533

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal and spectroscopic characterization of a proton pumping rhodopsin from an extreme thermophile2013

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, T., Inoue, K., Kandori, H., Sudo, Y.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 21581-21592

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.479394

    • 査読あり
  • [学会発表] Photobiophysical chemistry : Whae should we learn from retinal proteins?2014

    • 著者名/発表者名
      Sudo, Y.
    • 学会等名
      iCeMS symposium on Mesoscopic Chemical Biology : Integrated Chemical-Physical Systems Towards Cell Control
    • 発表場所
      京都府京都市
    • 年月日
      2014-02-02
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物型レチナールタンパク質の非常識で未来を拓く2013

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      分子科学研究所研究会
    • 発表場所
      愛知県岡崎市
    • 年月日
      2013-11-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 光受容レチナールタンパク質の常識と非常識2013

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      東京工業大学第1回生体分子専攻・若手コロキウム
    • 発表場所
      神奈川県横浜市
    • 年月日
      2013-08-29
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物型レチナールタンパク質の理解と利用2013

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      大阪市立大学セミナー
    • 発表場所
      大阪府大阪市
    • 年月日
      2013-06-04
    • 招待講演
  • [図書] In : eLS : Citable Reviews in Life Sciences2014

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto, T, Sudo, Y.
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      John Wiley & Sons, Ltd : Chichester
  • [図書] Biochim. Biophys. Acta2014

    • 著者名/発表者名
      Inoue, K., Tsukamoto, T., & ^*Sudo, Y.
    • 総ページ数
      16
    • 出版者
      Elsevier
  • [図書] オプトジェネティクス~光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線~(分担執筆 : 第2章4節ロドプシンの波長制御と光情報変換機構)2013

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 総ページ数
      13
    • 出版者
      NTS Inc.

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公開日: 2015-07-15  

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