Raman光学活性に基づく生体内反応の立体構造ダイナミクスの観測

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17859
• 研究機関: 佐賀大学
• 研究代表者: 藤澤 知績 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任講師 (60633493)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ラマン光学活性 / 光受容タンパク質 / 反応中間体

研究実績の概要

本研究は、ラマン光学活性（ROA）分光法を用いて光受容タンパク質の活性部位を反応過程（始状態→中間体→生成物）において計測し、時々刻々と変化する反応分子の立体構造を観測することを目的とした。初年度は、オレンジカロテノイドタンパク質の過渡的な活性状態のROA測定に成功し、本年度の初めにこの研究成果をJournal of the American Chemical Societyに公表した。しかし、オレンジカロテノイドタンパク質だけでなく、より広範な光受容タンパク質に対してこのような反応の中間状態のROA測定を行うにはラマン光学活性装置の安定化と効率化が必要であった。
そこで、本年度はラマン光学活性装置の改良から取り組み、測定方式を散乱円偏光（SCP）方式へ改良した。その結果、従来の装置では測定が困難であった複数の微生物型ロドプシンについてROAスペクトルを取得し、タンパク質環境を考慮した量子化学計算を利用して活性部位の構造解析を進めた。
また本年度も継続して光受容タンパク質の低温ラマン測定を行った。低温下では種々の光受容タンパク質の反応中間体を安定に補足することができる。測定条件を見直すことで、昨年は得ることができなかった微生物型ロドプシンの初期反応中間体のラマンスペクトルが得られるようになり、これまで報告がない複数の微生物型ロドプシンの初期反応中間体について良好なラマンスペクトルを得た。なかにはラマン信号強度が強い中間体も見出したため、低温補足法を用いたROA測定が現実的な段階に至った。

研究成果

• [国際共同研究] ミシガン州立大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ミシガン州立大学
• [雑誌論文] Light-induced chromophore and protein responses and mechanical signal transduction of BLUF proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomotsumi Fujisawa, Shinji Masuda
  • 雑誌名: Biophysical Reviews
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0355-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an azo-based photosensitizer activated under mild hypoxia for photodynamic therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: Wen Piao, Kenjiro Hanaoka, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Tahei Tahara, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 13713-13719
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman optical activity reveals carotenoid photoactivation events in the orange carotenoid protein in solution (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomotsumi Fujisawa, Ryan L. Leverenz, Momoka Nagamine, Cheryl A. Kerfeld, and Masashi Unno
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 ページ: 10456-10460
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient Resonance Raman Spectroscopy of a Light-Driven Sodium-Ion-Pump Rhodopsin from Indibacter alkaliphilus (2017)
  • 著者名/発表者名: Kousuke Kajimoto, Takashi Kikukawa, Hiroki Nakashima, Haruki Yamaryo, Yuta Saito, Tomotsumi Fujisawa, Makoto Demura, and Masashi Unno
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 121 ページ: 4431-4437
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b02421
  • 査読あり
• [雑誌論文] Broadband stimulated Raman spectroscopy in the deep ultraviolet region (2017)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Kuramochi, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Tahei Tahara
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 683 ページ: 543-546
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2017.02.015
  • 査読あり
• [学会発表] Anharmonically-coupled low frequency mode in green fluorescent protein: the assignment by QM/MM calculation (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomotsumi Fujisawa, Masashi Unno
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Evidence for colse-to-open photoactivation of orange carotenoid protein from ultraviolet resonance Raman spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yushi Nakamizo, Momoka Nagamine, Tomotsumi Fujisawa, Cheryl Kerfeld, Masashi Unno
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第55回年会
• [学会発表] ラマン光学活性分光を用いた微生物型ロドプシンにおけるレチナール発色団のコンフォメーション解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松尾淳平、菊川峰志、海野雅司、藤澤知績
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第55回年会
• [学会発表] Functional importance of trimer formation of light-driven H+ pump Gloeobacter rhodopsin (2017)
  • 著者名/発表者名: Azusa Iizuka, Takashi Kikukawa, Kosuke Kajimoto, Tomotsumi Fujisawa, Takashi Tsukamoto, Tomoyasu Aizawa, Naoki Kamo, Masashi Unno, Makoto Demura
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第55回年会
• [学会発表] ナトリウムポンプ型ロドプシン中間体の過渡共鳴ラマン分光法による研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶本航介、菊川峰志、海野雅司、藤澤知績
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第55回年会
• [備考]
  • URL: http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/Fujisawa_webpage/Tfujisawa.html
• [備考]
  • URL: http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/unno-lab/homu.html