センサー型ロドプシンの分子科学:機能と構造変化の連関性

2011 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
• 研究課題/領域番号: 22018010
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 須藤 雄気 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10452202)
• キーワード: 膜タンパク質 / 生物物理学 / 振動分光法 / 分光法 / 光生物学

研究概要

ロドプシン類は、光で反応のオン・オフを容易に調節できる点から、現在の生命科学研究の主題である構造-機能相関を分子論的に理解できる有用なツールである。本研究では微生物の光センサー型ロドプシンに着目し、機能と構造変化の連関性を明らかにすることを目的とした。当該年度の主な研究成果は以下の通りである。
[1]新しいロドプシン類の単離・同定・発現・精製
不安定で解析が困難だった誘因光受容体・センサリーロドプシンI(SRI)について、安定な分子を見いだした。また、新規ロドプシン分子を見いだしミドルロドプシン(MR)と名付けた。さらに、これら光センサータンパク質の下流分子(情報伝達に関わる分子群)についても単離・同定に成功し、発現・精製系を構築した。これにより、これまで困難であった測定が可能となった。
[2]構造・構造変化・機能解析
SRIや忌避光受容体・センサリーロドプシンII(SRH)を中心に、種々の分光法や生化学的・生物物理学的・分子生理学的手法を駆使して、タンパク質分子の形(構造)、やその変化(構造変化)を明らかにし、機能との連関性をアミノ酸レベルで明らかにした。SRHのTyr174の構造変化、SRIの体積変化など、物理化学的性質から、細菌運動解析など細胞生物学的解析までをうまく融合することができた。MRについては、光反応が極めて特徴的であることを見いだし、さらに光反応中における構造変化を時間分解分光法により明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Spectral tuning in sensory rhodopsin I from Salinibacter ruber (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Yuasa, Y., Shibata, J., Suzuki, D., Homma, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 286 ページ: 11328-11336
  • DOI: 10.1074/jbc.M110.187948
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the structural change of Tyr174 in the primary reactions sensory rhodopsin II (2011)
  • 著者名/発表者名: Mizuno, M., Sudo, Y., Homma, M., Mizutani, Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 ページ: 3170-3180
  • DOI: 10.1021/bi101817y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectrally silent intermediates during the photochemical reactions of Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • 著者名/発表者名: Inoue, K., Sudo, Y., Homma, M., Kandori, H.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 巻: 115 ページ: 4500-4508
  • DOI: 10.1021/jp2000706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural characteristics around the β-ionone ring of the retinal chromophore in Salinibacter sensory rhodopsin I (2011)
  • 著者名/発表者名: Irieda, H., Reissig, L., Kawanabe, A, Homma, M., Kandori, H., Sudo, Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 ページ: 4912-4922
  • DOI: 10.1021/bi200284s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional expression of a two-transmembrane Htrll protein using cell-free synthesis (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Tanaka, R., Kobayashi, T., Kamo, N., Kohno, T., Kojima, C.
  • 雑誌名: Biophysics 巻: 7 ページ: 51-58
  • DOI: 10.2142/biophysics.7.51
  • 査読あり
• [雑誌論文] An active photoreceptor intermediate revealed by in situ photoirradiated solid-state NMR spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Tomonaga, Y., Hidaka, T, Kawamura, I, Nishio, T, Ohsawa, K, Okitsu, T, Wada, A, Sudo, Y, Kamo, N, Ramamoorthy, A, Naito, A.
  • 雑誌名: Biophys.J. 巻: 101 ページ: L50-52
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.10.022
  • 査読あり
• [学会発表] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: JSTさきがけ研究領域合同国際シンポジウム「持続する社会を先導する光科学:環境・エネルギー・機能材料」
  • 発表場所: 日吉(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 色付きタンパク質の生物学的・化学的・物理学的研究の面白さと奥深さ (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第1回超異分野学会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 微生物型ロドプシンタンパク質の利用を考える (2012)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 平成23年度「若手研究者による分野間連携研究プロジェクト」NINS program for cross-disciplinary study,山中&古谷プロジェクト冬の合同会議
  • 発表場所: 箱根(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-13
• [学会発表] ロドプシンを愛して:微生物の光情報伝達と光制御ツール開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 北海道大学電子科学研究所研究セミナー
  • 発表場所: 札幌(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-29
• [学会発表] センサリーロドプシンとの出会いと今後の野望 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 名古屋工業大学・生物物理化学研究会シンポジウム「光といのち」
  • 発表場所: 名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-25
• [学会発表] 微生物型ロドプシンの基礎的研究とそこから見える新たな地平 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 横浜国立大学研究セミナー「細胞膜中機能性生体分子の構造生物学的研究」
  • 発表場所: 横浜(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-05
• [学会発表] 光機能性・制御性蛋白質による細胞・個体操作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第4回文部科学省「最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム」シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] 新規微生物型ロドプシン(MR)から観る光駆動イオンポンプから光センサーへの分子進化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 井原邦夫, 小林詩織, 鈴木大介, 入枝泰樹, 菊川峰志, 神取秀樹, 本間道夫
  • 学会等名: 第84回・日本生化学会年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Spectral tuning in sensory rhodopsin(センサリーロドプシンの吸収波長制御機構) (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 湯浅恭史, 柴田巡, 鈴木大介, 本間道夫
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] What should we learn from sensory rhodopsins? : Signal transfer mechanism and its application for protein expression (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 本間道夫
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 姫路(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 微生物型ロドプシンタンパク質における特異な光反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 本間道夫
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える-静止画から動画へ-」
  • 発表場所: 岡崎(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] Molecular and evolutionary aspects of microbial sensory rhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y., Homma, M.
  • 学会等名: 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology (AOCP)
  • 発表場所: Nara, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-31
• [学会発表] Type1ロドプシンで初めて見いだされたall-trans→11-cis型光異性化反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気, 沖津貴志, 水野操, 和田昭盛, 水谷泰久, 本間道夫, 古谷祐詞
  • 学会等名: 第38回・生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] 7回膜貫通型色素結合タンパク質(ロドプシン)の調製法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 第11回・日本蛋白質科学会年会蛋白質科学会アーカイブワークショップ
  • 発表場所: 大阪(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-09
• [学会発表] Cell and micro-organism manipulations with photo-functional and photo-controllable proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: Sudo, Y.
  • 学会等名: AS-JST Joint Workshop on innovative Use of Light and Nano/Bio
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-29
• [学会発表] ロドプシンに魅せられて-微生物の光情報伝達と光制御ツール開発- (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気
  • 学会等名: 筑波大学・物質工学セミナー
  • 発表場所: 筑波(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-19
• [図書] 極限環境微生物学会誌 (2011)
  • 著者名/発表者名: 須藤雄気、井原邦夫、本間道夫、加茂直樹
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 高度好塩性微生物の"目":センサリーロドプシンへのCl^-イオン結合の役割
• [備考]
  • URL: http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100001035_ja.html