分子近接場振動分光法によるタンパク質局所ナノメートル構造ダイナミクス計測法開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13933
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 水野 操 大阪大学, 理学研究科, 助教 (10464257)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 分子近接場振動分光法 / ヘムタンパク質 / 対称中心

研究実績の概要

本研究は、「分子近接場振動分光法」をもちいて、タンパク質機能に関わる局所的な構造変化を観測するための新規プローブを開発することを目的としている。その対象として、ヘムタンパク質をもちいる。ヘムタンパク質の補欠分子族であるヘムに近接するナノメートル領域にある分子運動を観測する手段を確立する。分子近接場効果は対称中心を持つ分子における分子間相互作用を利用したハイパーラマン過程において観測される。ヘムタンパク質において、分子近接場振動スペクトルを観測するために、対称中心を持たないヘムから、対称中心をもつエチオヘム（D4h対称性）を補欠分子族として再構成したミオグロビンをもちいる。
平成30年度は、前年度までに整備した分光実験システムを使用して、種々の溶媒をもちいたエチオヘム溶液の共鳴ハイパーラマンスペクトルを観測した。この結果、エチオヘム分子がもつ高い対称性により生じる分子近接場効果により、エチオヘム周辺にある溶媒分子のハイパーラマンスペクトルが観測されることを確認した。また、ヘムタンパク質であるミオグロビンのタンパク質内でのヘム周辺環境を模すため、エチオヘムに配位するイミダゾールを添加したときのハイパーラマンスペクトルを測定した。その結果、イミダゾール分子からのハイパーラマン散乱を観測することに成功した。研究期間内にタンパク質分子中におけるヘム周辺のハイパーラマン散乱を感度よく観測することはできなかった。しかし、本年度に行った溶液の実験において、ヘムタンパク質のヘム周辺局所構造の観測についての可能性を示す結果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Distortion and a Strong Hydrogen Bond in the Retinal Chromophore Enable Sodium Ion Transport by the Sodium Ion Pump KR2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nao Nishimura, Misao Mizuno, Hideki Kandori, and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b00928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational Energy Transfer from Heme through Atomic Contacts in Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Yamashita, Misao Mizuno, Duy Phuoc Tran, Hisham Dokainish, Akio Kitao, and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122 ページ: 5877-5884
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b03518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production of a Light-gated Proton Channel by Replacing the Retinal Chromophore with Its Synthetic Vinylene Derivative (2018)
  • 著者名/発表者名: Riho Takayama, Akimasa Kaneko, Takashi Okitsu, Satoshi P. Tsunoda, Kazumi Shimono, Misao Mizuno, Keiichi Kojima, Takashi Tsukamoto, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani, Akimori Wada and Yuki Sudo
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9 ページ: 2857-2862
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00879
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Thermal Stability of Oligomeric Assemblies of Thermophilic Rhodopsin in a Lipid Environment (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Shionoya, Misao Mizuno, Takashi Tsukamoto, Kento Ikeda, Hayato Seki, Keiichi Kojima, Mikihiro Shibata, Izuru Kawamura, Yuki Sudo, and Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122 ページ: 6945-6953
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b04894
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonance Raman Investigation of the Chromophore Structure of Heliorhodopsins (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Otomo, Misao Mizuno, Manish Singh, Wataru Shihoya, Keiichi Inoue, Osamu Nureki, Oded Beja, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9 ページ: 6431-6436
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b02741
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Light-driven cation pump mechanism of a sodium ion pump derived by its chromophore structure of photointermediates (2018)
  • 著者名/発表者名: Misao Mizuno
  • 学会等名: The XXVI International Conference on Raman Spectroscopy (ICORS2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脊椎動物がもつ新規光センサーOpn5L1の不活性状態の発色団構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野 操、水谷 泰久、佐藤 恵太、大内 淑代、山下 高廣、酒井 佳寿美、今元 泰、七田 芳則、山野 由美子、和田 昭盛
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
• [備考] 大阪大学大学院理学研究科 化学専攻 生物物理化学研究室
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/mizutani/index-jp.html