2022 年度研究成果報告書

オプトジェネティクスを促進するビリン色素合成酵素ライブラリの構築

研究課題

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研究課題/領域番号	20K05758
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37030:ケミカルバイオロジー関連
研究機関	久留米工業高等専門学校
研究代表者	萩原義徳久留米工業高等専門学校, 生物応用化学科, 准教授 (10628548)
研究分担者	杉島正一久留米大学, 医学部, 准教授 (30379292)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	光合成色素 / ビリン色素 / オプトジェネティクス / 光遺伝学
研究成果の概要	本研究では、各光色を受容するビリン色素を生み出す酵素ライブラリを構築することを目的とする。酵素改変によりビリン色素の機能的デザインを行い、光センサータンパク質と組み合わせ、任意の光色を複合的に用いた多スイッチ型マルチタスク制御のオプトジェネティクスの促進を目指した。酵素に電子を供給するタンパク質群の濃度比を調整して酵素反応を進めることで、最終生成物の合成速度だけでなく、酵素反応における中間産物の合成速度と分解速度において、中間産物の安定性も評価した。最終生成物や中間産物と考えられる色素はHPLCで解析し、ビリン色素としての反応中間体の収量を上げるための部位特異的変異酵素の作製も実施した。
自由記述の分野	構造生物学
研究成果の学術的意義や社会的意義	ビリン色素はヘムの代謝産物であるため、植物のほか、動物や細菌に至るまで存在する色素である。2017年には、新生児黄疸の原因ともなるビリルビンを合成する酵素の結晶構造が、本研究者が参画した研究によって明らかとなり、ビリン色素の基礎医学的側面からの応用にも光が当てられている (H. Takao, et al., Nat. Commun., 2017)。生物界に広く存在するビリン色素の改変を目指す本研究によって、有機化学合成が困難なビリン色素を酵素化学的に自在にデザインすることで、光センサータンパク質が鍵を握るオプティジェネティクスの新たな展開が期待できる。