2021 年度研究成果報告書

今までにない高時間レベルでイオンポンプ型ロドプシンのイオン輸送を測る

研究課題

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研究課題/領域番号	18K06109
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分43030:機能生物化学関連
研究機関	名古屋工業大学
研究代表者	角田聡名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (00598857)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	ロドプシン / 電気生理学 / 光遺伝学 / イオンポンプ / 光受容体 / イオンチャネル
研究成果の概要	光駆動型イオンポンプであるロドプシン分子によるイオン輸送を、今までにないマイクロ秒オーダーの時間分解で測定するため、本研究では電気生理学的手法にナノ秒フラッシュレーザーを組み合わせた。これにより、サブマイクロ秒オーダーの高い時間分解能で、かつ電気化学ポテンシャル差を正確に制御し、ロドプシンの光反応を１回のみ誘起した際のイオン輸送を測定することに成功した。そして輸送速度、輸送量を定量的に解析することで、光反応サイクルにおける水素イオンや、ナトリウムイオン輸送機構の解析を行った。そして、そのイオン輸送活性に対する細胞のpH環境やナトリウムイオンの影響を評価した。
自由記述の分野	生物物理学
研究成果の学術的意義や社会的意義	高い時間分解能におけるイオン輸送計測から、イオン輸送の詳細な機構が明らかになった。また、合計9種類のイオンポンプロドプシンによるイオン輸送を初めて体系的に同条件で計測することで、イオン輸送に対する細胞環境の効果を検証し、ポンプ間での特性の違いを見出すことに成功した。これらの知見は光遺伝学等における光受容体を利用した生命の光操作技術や医療応用を技術応用への基盤となると期待される。