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我々の生命活動の維持には継続的な神経活動が行われることで達成される。神経情報伝達は活動電位という膜電位の変化が神経細胞から次の神経細胞への伝播によって行われる。つまり、神経活動の正確な把握には神経細胞の膜電位の変化を正確にとらえることが必須である。この膜電位の可視化を行うために、膜電位感受性の小分子化合物や蛍光タンパク質の開発が進められている。本研究では、この系に生物発光を利用し、膜電位感受性発光酵素(VoltaLuc)を開発することを考案した。そこで、まずは20kDa程度の発光タンパク質(NanoLuc)と膜電位感受性イオンチャネル（NavAb）のキメラ蛋白質の発現を試みた。しかしながら、良好な発光を示すようなタンパク質は今のところ得られていない。そこで、目指すタンパク質が得られた際に、より高発光強度が期待できるNanoLucを開発することを目的にし、NanoLucにおける発光に重要なアミノ酸の同定を目指した。すでにNanoLucの立体構造は明らかとなっているものの、活性アミノ酸残基はわかっていない。立体構造を観察すると、内部には発光基質であるセレンテラジンの結合部位と思われる空洞が存在する。そこで、この付近にある10箇所の親水性アミノ酸に注目し、単変異体を作成した。この変異体を用いて発光活性測定、発光スペクトル測定、酵素活性測定を行ったところ、Arg141Ala変異体ではほとんど活性が消失した。さらにArg141と水素結合を形成しているGln42、Asp139の変異体も大きな発光活性の現象が観測された。以上のことから、この付近はセレンテラジンの認識もしくは活性に関わることが推測できた。
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