イオン輸送性ロドプシンの反応状態の構造解析

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07267
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 神山 勉 名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (30170210)
• 研究分担者: 井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 准教授 (90223297)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: レチナールタンパク質 / 光駆動プロトンポンプ / 光駆動陰イオンポンプ / X線結晶構造解析 / レチナール光異性化 / アーキロドプシン / ハロロドプシン

研究実績の概要

本研究課題では塩素イオンポンプ・ハロロドプシンの反応中間体のX線結晶構造解析を行い、イオン輸送サイクルの間に、１）タンパク質部分では３種類の構造変化が起こり、２）発色団レチナールも3種類の異性化状態を経ることを示し、レチナールの異性化→タンパク質の構造変化→イオン移動→レチナールの異性化、…、という具合に反応が進行することでイオンの一方向の輸送が保証されることを提唱してきた。今年度は、上記と同様な反応機構が光駆動プロトンポンプ（バクテリオロドプシンやアーキロロプシン）でも働いている可能性を論じるため、これらのタンパク質の光誘起吸収変化を詳しく調べた。特にアーキロドプシンについては、その光サイクルの後半部分の反応キネティックスがｐHに強く依存し、従来一つと考えられていたN中間体には分光特性の異なる3種類の準安定状態が存在することを明らかにした。ハロロドプシンの光反応キネティックスとの類似性から、アーキロドプシンでも発色団レチナールの3段階異性化が起きている可能性が高いと推察された。

研究成果

• [雑誌論文] Presynaptic MAST kinase controls opposing postsynaptic responses to convey stimulus valence in Caenorhabditis elegans (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shunji、Ikeda Muneki、Tsukada Yuki、Fei Xianfeng、Suzuki Takamasa、Niino Yusuke、Ahluwalia Rhea、Sano Ayana、Kondo Rumi、Ihara Kunio、Miyawaki Atsushi、Hashimoto Koichi、Higashiyama Tetsuya、Mori Ikue
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 ページ: 1638～1647
  • DOI: 10.1073/pnas.1909240117
  • 査読あり
• [雑誌論文] gas1 mutation extends chronological lifespan via Pmk1 and Sty1 MAPKs in Schizosaccharomyces pombe (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai Yuki、Shimasaki Takafumi、Enokimura Chihiro、Ohtsuka Hokuto、Tsubouchi Satoshi、Ihara Kunio、Aiba Hirofumi
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 84 ページ: 330～337
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1676695
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mechanosensitive channel YbdG from Escherichia coli has a role in adaptation to osmotic up-shock (2019)
  • 著者名/発表者名: Amemiya Shun、Toyoda Hayato、Kimura Mami、Saito Hiromi、Kobayashi Hiroshi、Ihara Kunio、Kamagata Kiyoto、Kawabata Ryuji、Kato Setsu、Nakashimada Yutaka、Furuta Tadaomi、Hamamoto Shin、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 12281～12292
  • DOI: 10.1074/jbc.RA118.007340
  • 査読あり
• [学会発表] 筋収縮と能動輸送 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神山勉
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 招待講演