研究課題
我々は2013年以降、それまでに予想もされていなかった微生物由来の新規ロドプシンの存在を次々に報告し、光駆動ナトリウムポンプについては立体構造も決定した。その結果、微生物ロドプシンは共通の構造と光反応を持つにも関わらず、実に多彩な機能を示すことがわかってきた。本研究では、構造と機能をつなぐタンパク質の構造ダイナミクスを明らかにすることで、共通構造から多彩な機能が生じる機構を解明することを計画した。研究では、我々が世界をリードする赤外差スペクトル分光法を中心として、光反応中間体の構造解析を行う。低温法、時間分解法、全反射法などの手法を駆使して光反応中間体におけるレチナールやタンパク質部分、内部結合水の構造変化を明らかにすることで、種々のロドプシンにおけるメカニズムを明らかにすることを目指した。光駆動ナトリウムポンプKR2の構造ダイナミクスについては、Q123変異体の低温赤外分光法により細胞質側に存在する水素結合ネットワークの変化を明らかにした。また、時間分解赤外分光法を適用することで、O中間体が13シス型のレチナール構造を持つことがわかった。さらにKR2の全反射赤外分光法により、ナトリウムイオンの結合によりチロシンがきわめて強い水素結合を形成することがわかった。内向きプロトンポンプPoXeRの構造ダイナミクスについては、13シス型から2つの異性化反応の経路があることを明らかにした。また、陰イオンチャネルロドプシンの研究においては、米国との国際共同研究によりNature誌に2報の論文を発表することができた。酵素ロドプシンRh-PDEについては初めて高精度赤外分光計測を発表した。さらに初年度には、イスラエルとの国際共同研究により、既知の微生物ロドプシンと配列の相同性を持たないロドプシンを発見し、Nature誌に発表した。
1: 当初の計画以上に進展している
１年で３報の論文をNature誌に発表したという事実は、今後、再現不可能なほどの成果であり、きわめて顕著なものである。当初、計画した光駆動ナトリウムポンプ、内向きプロトンポンプ、チャネルロドプシン、酵素ロドプシンのすべてにおいて初年度から論文発表が実現しており、質量ともに世界をリードするに相応しい成果である。光駆動ナトリウムポンプについては、超高速分光、共鳴ラマン散乱、固体NMR法、高速AFMを用いた共同研究による新たな知見も論文発表することができた。さらに、我々がヘリオロドプシンと名付けた新規ロドプシンは、既知のロドプシンと配列相同性がないにも関わらずよく似た構造ダイナミクスを示すことが明らかになっており、さらなる大きな発展性を示している。
当初の予定通りの研究を推進する。一方、2018年に新たに発見したヘリオロドプシンの研究も大いに楽しみである。
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すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (23件) (うち国際共著 11件、 査読あり 23件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (108件) (うち国際学会 63件、 招待講演 13件)
The Journal of Physical Chemistry B
巻: 123 ページ: 2507~2512
10.1021/acs.jpcb.9b00887
The Journal of Physical Chemistry Letters
巻: 10 ページ: 1012～1017
10.1021/acs.jpclett.8b03805
Journal of Biological Chemistry
巻: 294 ページ: 3432～3443
10.1074/jbc.RA118.006277
Environmental Microbiology Reports
巻: 印刷中 ページ: 印刷中
10.1111/1758-2229.12730
10.1074/jbc.RA119.007587
巻: 9 ページ: 6431～6436
10.1021/acs.jpclett.8b02741
Scientific Reports
巻: 8 ページ: 15580
10.1038/s41598-018-33984-w
巻: 122 ページ: 9076～9080
10.1021/acs.jpcb.8b04890
Journal of the American Chemical Society
巻: 140 ページ: 11982～11991
10.1021/jacs.8b05123
Nature
巻: 561 ページ: 349～354
10.1038/s41586-018-0504-5
巻: 561 ページ: 343～348
10.1038/s41586-018-0511-6
Biochemistry
巻: 57 ページ: 5041～5049
10.1021/acs.biochem.8b00637
Physical Chemistry Chemical Physics
巻: 20 ページ: 17694～17704
10.1039/c8cp02599a
巻: 558 ページ: 595～599
10.1038/s41586-018-0225-9
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics
巻: 1859 ページ: 684～691
10.1016/j.bbabio.2018.05.017
巻: 8 ページ: 8262
10.1038/s41598-018-26606-y
巻: 122 ページ: 6453～6461
10.1021/acs.jpcb.8b01279
巻: 9 ページ: 2857～2862
10.1021/acs.jpclett.8b00879
巻: 122 ページ: 4784～4792
10.1021/acs.jpcb.8b01934
巻: 20 ページ: 2945～2946
10.1039/c8cp90010h
生物物理
巻: 58 ページ: 103~105
Denki Kagaku
巻: 86 ページ: 1~5
バイオインダストリー
巻: - ページ: -
