光駆動型イオンポンプ：ハロロドプシンのクロライド輸送素過程の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23510251
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物分子科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 菊川 峰志 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 講師 (20281842)
• 研究分担者: 宮内 正二 東邦大学, 薬学部, 教授 (30202352)
• 連携研究者: 田母神 淳 松山大学, 薬学部, 助教 (30580089)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: ハロロドプシン / フォトサイクル / アニオンポンプ / 膜蛋白質 / レチナール

研究概要

高度好塩菌がもつハロロドプシン（HR）は、光駆動型のCl-ポンプ膜蛋白質である。光を吸収すると複数の中間体を経由する光反応サイクルをまわり、この間に１個のCl-を細胞の外側から内側へ輸送する。本研究では、Cl-輸送素過程の解析を行い、以下の成果を得た。１）Cl－の細胞質側への放出と細胞外側からの取り込みは、O中間体の生成と崩壊に同期して起こる。後続のNpHR’中間体の崩壊時には、取り込まれたCl－の初期結合サイトへの移動が起こる。２）Cl－放出時に起こる過渡的なCl－への親和性低下は、細胞膜電位が存在する生理的環境においても、Cl－輸送活性を高く維持するために必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Role of Thr218 in the Light-Driven Anion Pump Halorhodopsin from Natronomonas pharaonis (2013)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki, K., Shigemura, H., Kikukawa, T., Kamiya, M., Aizawa, T., Kawano, K., Kamo, N., Demura, M
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 ページ: 9257-9268
  • DOI: 10.1021/bi401295e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic Parameters of Anion Binding to Halorhodopsin from Natronomonas pharaonis by Isothermal Titration Calorimetry (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, S., Tamogami, J., Kikukawa, T., Okamoto, H., Shimono, K., Miyauchi, S., Demura, M., Nara, T., Kamo, N
  • 雑誌名: Biophys. Chem 巻: 172 ページ: 61-67
  • DOI: 10.1016/j.bpc.2013.01.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of Dangling Bonds of Water Molecules in pharaonis Halorhodopsin during Chloride Ion Transportation (2012)
  • 著者名/発表者名: Furutani, Y., Fujiwara, K., Kimura, T., Kikukawa, T., Demura, M., Kandori, H
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett 巻: 3 ページ: 2964-2969
  • DOI: 10.1021/jz301287n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homo-trimer Formation and Dissociation of pharaonis Halorhodopsin in Detergent System (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsukamoto, T., Sasaki, T., Fujimoto, K. J., Kikukawa, T., Kamiya, M., Aizawa, T., Kawano, K., Kamo, N., Demura, M
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 102 ページ: 2906-2915
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2012.05.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of salinarum halorhodopsin in Escherichia coli cells : solubilization in the presence of retinal yields the natural state (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., Kikukawa, T., Tsukamoto, T., Kamiya, M., Aizawa, T., Kawano, K., Miyauchi, S., Kamo, N., Demura, M
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1808 ページ: 2905-2912
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2011.08.035
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of Cl-release and uptake steps of light-driven Cl-pump Natronomonas pharaonis halorhodopsin (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikukawa, T
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都市)
  • 年月日: 2013-10-29
• [学会発表] Role of Thr218 in light-driven Cl- pump mechanism of Natronomonas pharaonis halorhodopsin (2013)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki, K
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都市)
  • 年月日: 2013-10-29
• [学会発表] When does halorhodopsin capture and release Cl-during photocycle? Examination by spectrum changes of an intrinsic voltage-sensitive dye, bacterioruberin (2012)
  • 著者名/発表者名: Kikukawa, T
  • 学会等名: 15th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: Monte Verita Congress Center(Swizarland)
  • 年月日: 20120930-1005
• [学会発表] Volume change during the Cl- transport of Natronomonas pharaonis halorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki, K
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(姫路市)
  • 年月日: 2011-09-16
• [図書] -光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線- (2013)
  • 著者名/発表者名: 出村誠, 菊川峰志, 加茂直樹
  • 総ページ数: 24-33
  • 出版者: エヌ・ティー・エス, オプトジェネティクス