膜蛋白複合体における情報伝達機構:高度好塩菌の光受容を例として

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16390012
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 加茂 直樹 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (10001976)
• 研究分担者: 宮内 正二 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 助教授 (30202352) ; 菊川 峰志 北海道大学, 創成科学研究機構, 助手 (20281842) ; 鷲見 正人 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 助手 (30281819)
• キーワード: Natronomonas pharaconis / phoborhodopsin / フォボロドプシン / HtrII / トランスジューサ / 古細菌ロドプシン / archaeal rhodopsin / 等温滴定型熱量計

研究概要

高度好塩好アルカリ性菌であるNatronomonas pharaonisの負の走光性のレセプターであるpharaonis phoborhodopsin(ppR,又はpharaonis sensory rhodopsin II)は,膜中でhalobacterial transducer II from N.pharaonis(pHtrII)と2:2の複合体を形成しており,ppRが受けた光の情報はpHtrIIに伝えられ,更に細胞内へ伝えられる.この複合体のX線解析によると,Tyr199(ppR)とAsn74(pHtrII)の間に水素結合が形成され,また,Thr189(ppR)とGlu43(pHtrII)およびSer62(pHtrII)の間に2つの結合が形成されると予測されている.このことをppRおよびpHtrIIの変異体を作成して実験的に示そうとした.まず,等温滴定型熱量計(ITC)で複合体の解離定数を決定する方法を確立した.ついで,これらの水素結合に関与するアミノ酸残基を変異させ,ITCを用いて,解離定数を求めた.これらのアミノ酸残基の総てを水素結合を出来ない残基に変異させた結果,野生型では0.1μMである解離定数が100倍近く増加した.高度好塩菌のロドプシン様タンパク(Archaeal rhodopsins)には,phoborhodpsin以外にbacteriorhodopsin(bR),halorhodopsin(hR),sensory rhodopsin(sR)の3種類がある,「これらのbR,hR,sRの3種類について,Tyrl99(ppR)およびThr189(ppR)に対応する位置のアミノ酸残基をTyrおよびThrに変異させると,pHtrIIと結合出来るようになった.

研究成果

• [雑誌論文] A light-driven proton pump from Haloteriigena turkmenica : Functional expression in Escherichia coli membrane and coupling with aH+co-transporter (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Kamo, et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 341 ページ: 285-290
• [雑誌論文] Measurement of electrical current evoked by substrate transport via bi-directional H+/oligopeptide transporter over-expressed in HeLa cells (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Fujisawa, et al.
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 445 ページ: 166-173
• [雑誌論文] Steric constraint in the primary photoproduct of an archaeal rhodopsin from regiospecific perturbation of C-D stretching vibration of the retinyl chromophore (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Sudo, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Americal Chemical Society 127 ページ: 16036-16037
• [雑誌論文] Linker region of a halobacterial transducer protein interacts directly with its sensor retinal protein (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Sudo, et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 6144-6152
• [雑誌論文] Role of putative anion-binding sites in cytoplasmic and extracellular channels of Natronomonas pharaonis halorhodopsin (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 4775-4784
• [雑誌論文] Correlation of the O-intermediate rate with the pKa of Asp-75 in the dark, the counterion of the Schiff base of pharaonis phobolrhodopsin(sensory rhodopsin II) (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Iwamoto, et al.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 88 ページ: 1215-1223