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2012 年度 実績報告書

光情報伝達のサブÅ・ピコ秒分解能での全経路詳細解析

研究課題

研究課題/領域番号 23687019
研究機関名古屋大学

研究代表者

須藤 雄気  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10452202)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワード光生物 / 情報伝達 / 生物物理 / 分光法
研究概要

本研究は、細菌の情報伝達を生物物理学的に原子レベル・ピコ秒分解能で解き明かすことを目指している。今年度は、以下の成果を得た。
1) 微生物型ロドプシンが示す新しい光情報伝達機能(光転写調節)の同定【Irieda, et al., 2012, J. Biol. Chem.】。
2) 分光学的手法を用いた原子レベルでの構造・構造変化解析【Inoue, et al., 2012, J. Phys. Chem. B., Reissig, et al., 2012, Biochemistry, Furutani et al., 2013, J. Phys. CHem. B, Mori et al., 2013, Chem. Phys.】。
3) 分光学的手法を用いたフェムト秒~ピコ秒領域での構造・構造変化【Sudo, et al., to be submitted】
上記の通り、空間領域では、原子レベル(Å)、時間領域では、フェムト秒レベルでの構造・構造変化の解析に成功しつつある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、1) 空間分解測定及び2) 時間分解測定により、生物が示す光情報伝達機構を高い分解能で明らかにすることを目的としている。
1) 空間領域では、サブÅ程度の分解能を持つ振動分光法やX線回折法などを用いて、不活性型及び活性型分子における構造や構造変化を明らかにしつつある。
2) 時間領域では、チタンサファイアレーザーを用いておよそ100フェムト秒以降の発色団の構造変化を捉えている。また、タンパク質の変化は芳香族アミノ酸の変化を観測できる紫外共鳴ラマン分光法により、ピコ秒レベルでの変化の追跡に成功している。
このように、順調に研究目的に向かって進んでいるものと判断している。

今後の研究の推進方策

今後も引き続き時空間分解を意識した研究を展開する。
具体的には、空間領域では様々な原子団を同時に捉えることの出来るX線結晶構造解析を利用し、かつその光変化を追跡することで、さらなる情報の取得につとめたい。時間領域では、サブフェムト秒レーザー(NOPA)を用いて、光センサー分子の変化を捉えつつある。異性化反応(~100フェムト秒)をリアルタイムで捉え、反応の根本原理の解明を目指したい。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Investigation of the chromophore binding cavity in the 11-cis acceptable microbial rhodopsin MR2013

    • 著者名/発表者名
      Mori, A., Yagasaki, J., Homma, M., Reissig, L., & *Sudo, Y.
    • 雑誌名

      Chem. Phys.

      巻: 419 ページ: 23-29

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2012.11.020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large spectral change due to amide modes of a β-sheet upon the formation of an early photointermediate of middle rhodopsin2013

    • 著者名/発表者名
      *Furutani, Y., Okitsu, T., Reissig, L., Mizuno, M., Homma, M., Wada, A., Mizutani, Y., & *Sudo, Y.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 117 ページ: 3449-3458

    • DOI

      10.1021/jp308765t

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Expression, purification and biochemical characterization of the cytoplasmic loop of PomA, a stator component of the Na+ driven flagellar motor2013

    • 著者名/発表者名
      Abe-Yoshizumi R., Kobayashi, S., Gohara, M., Hayashi, K., Kojima, C., Kojima, S., Sudo, Y., Asami, Y., & Homma, M.
    • 雑誌名

      Biophysics

      巻: 9 ページ: 21-29

    • DOI

      10.2142/biophysics.9.21

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The influence of halide binding on the hydrogen bonding network in the active site of Salinibacter sensory rhodopsin I2012

    • 著者名/発表者名
      Reissig, L., Iwata, T., Kikukawa, T., Demura, M., Kamo, N., Kandori, H., & *Sudo, Y.
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 51 ページ: 8802-8813

    • DOI

      10.1021/bi3009592

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photo-induced regulation of the chromatic adaptive gene expression by Anabaena sensory rhodopsin2012

    • 著者名/発表者名
      Irieda, H., Morita, T., Maki, K., Homma, M., Aiba, H., & *Sudo, Y.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 287 ページ: 32485-32493

    • DOI

      10.1074/jbc.M112.390864

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical silencing of C. elegans cells with arch proton pump2012

    • 著者名/発表者名
      Okazaki, A., Sudo, Y., & *Takagi, S.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 7 ページ: e35370

    • DOI

      doi: 10.1371/journal.pone.0035370

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Absorption spectra and photochemical reactions in a unique photoactive protein, middle rhodopsin MR2012

    • 著者名/発表者名
      Inoue, K., Reissig, L., Sakai, M., Kobayashi, S., Homma, M., Fujii, M., Kandori, H., & *Sudo, Y.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 5888-5999

    • DOI

      10.1021/jp302357m

    • 査読あり
  • [学会発表] Functional diversity of sensory rhodopsins from microbes

    • 著者名/発表者名
      Sudo, Y.
    • 学会等名
      15th International Conference on Retinal Proteins
    • 発表場所
      Monte Verita (Ascona, Switzerland)
    • 招待講演
  • [学会発表] 光操作技術の基盤となるロドプシン分子の多様性と可能性

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      第7回・NIBBバイオイメージングフォーラム
    • 発表場所
      自然科学研究機構 基礎生物学研究所(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子からのボトムアップ研究で拓く光細胞・個体操作

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      細胞を創る」研究会5.0
    • 発表場所
      東京工業大学(神奈川県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物の光利用と光制御ツール開発

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      「次世代の光の利用と物質材料・生命機能」研究会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 招待講演
  • [学会発表] 「Simple is the first? 」: 微生物由来レチナール蛋白質の分子進化と多様性

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      第14回日本進化学会年会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都)
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物型光受容タンパク質の解析と光制御ツール開発

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      第17回日本光生物学協会年会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 招待講演
  • [学会発表] 光生物物理学-基礎研究のススメ。渇望される薬学部生

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 学会等名
      北海道大学薬学部 第19回「先輩と語る」講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 招待講演
  • [図書] オプトジェネティクス-光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線(分担執筆)2013

    • 著者名/発表者名
      須藤雄気
    • 総ページ数
      324
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス

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公開日: 2014-07-24  

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