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2013 年度 実績報告書

液胞を標的とした酸化還元状態感受性蛍光タンパク質の開発

公募研究

研究領域植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで
研究課題/領域番号 25120713
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関名古屋工業大学

研究代表者

岩田 達也  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20569917)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードフラビン / 蛍光タンパク質 / LOVドメイン / 酸化還元反応
研究概要

本研究の目的は、植物細胞の液胞や葉緑体内膜部への利用を念頭に、酸性条件において機能する酸化還元状態応答性蛍光タンパク質を開発することである。また、そのためのスクリーニング系を構築することである。
1.「Mut12の化学特性測定」:シロイヌナズナphot2-LOV2ドメインC426A変異体(LOV(C/A))にランダム変異を導入して選別したMut12の化学的特性を調べた。精製したMut 12に様々な還元剤存在下で光照射を行い、その酸化型FMNの減少を蛍光分光光度計を用いて観測した。還元剤フェロシアン化カリウムが存在する条件で測定したところ、還元剤の濃度を反映した還元速度や光定常状態の酸化型の量が観測された。同様に還元剤としてNADHやNADPHを用いたときも濃度依存性が観測された。このことは、Mut12の光還元が還元剤の濃度を反映していることを示している。
2.「酸性環境下で機能する蛍光タンパク質の大腸菌によるスクリーニング法の開発」:蛍光タンパク質候補を精製することなく大腸菌体のまま酸性条件にしてスクリーニングを行うために、光誘起プロトンポンプを形質膜に、蛍光タンパク質をペリプラズム領域に発現させることにより酸性環境を実現化する。蛍光タンパク質としてGFPを発現させ、光誘起プロトンポンプが活性化される550 nm以上の光照射でGFPの蛍光強度の減少が起こることを期待した。光誘起プロトンポンプとしてプロテオロドプシン(PR)を用いて、大腸菌の懸濁液を緩衝能の低いものにしさらにpH=6にしたところ、GRへの光照射に伴ってGFPの蛍光強度が減少した。これはGFPの発現したペリプラズム領域がGRにより酸性化したことを示唆した。
本研究に関連して、微生物型ロドプシンの一種であるチャネルロドプシンの性質をFTIR分光法により調べ、レチナールプロトン化シッフ塩基周囲に水分子の存在が確認され、これがイオン輸送機能に関連している可能性が示唆された。

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

平成25年度は、蛍光タンパク質の大腸菌体内でのスクリーニング系の構築を目指した研究を行い、実際に達成することが出来た。同時に、微生物型ロドプシンの一種であるチャネルロドプシンの特性をFTIR分光により調べ、その成果を発表することができた。

今後の研究の推進方策

平成26年度は酸化還元応答性蛍光タンパク質の鋳型として、LOVドメイン変異体以外にGFPを対象として変異導入による作製を試みる。また、実際にスクリーニングを行ったフラビンタンパク質変異体に対して、実際に植物細胞や植物体にて発現を行い、その蛍光の挙動を観測する。
また、他の微生物型ロドプシンの性質を調べることで、蛍光タンパク質のスクリーニング法の適性について調べたいと考えている。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Water-containing hydrogen-bonding network in the active center of channelrhodopsin2014

    • 著者名/発表者名
      1.Ito, S., Kato, H., Taniguchi, R., Iwata, T., Nureki, O., Kandori, H.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 ページ: 3475–3482

    • DOI

      10.1021/ja410836g

    • 査読あり
  • [学会発表] 液胞を標的とした酸化還元状態感受性蛍光タンパク質の開発2014

    • 著者名/発表者名
      ○岩田 達也,神取 秀樹
    • 学会等名
      新学術領域研究「植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで」2013年度第2回班会議
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20140308-20140310
  • [学会発表] チャネルロドプシンがもつ特異な水素結合ネットワーク2013

    • 著者名/発表者名
      ○伊藤 奨太,加藤 英明,谷口 怜哉,岩田 達也,濡木 理,神取 秀樹
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第39回討論会
    • 発表場所
      静岡県コンベンションアーツセンター
    • 年月日
      20131218-20131220
  • [学会発表] チャネルロドプシンの活性中心における水素結合ネットワーク2013

    • 著者名/発表者名
      ○伊藤奨太、加藤英明、谷口怜哉、岩田達也、濡木 理、神取秀樹
    • 学会等名
      分子研研究会「ロドプシン研究の故きを温ねて新しきを知る」
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      20131118-20131118
  • [学会発表] Screening of fluorescent proteins that function in acidic condition2013

    • 著者名/発表者名
      ○Tatsuya Iwata, Yukiko Ono, Masayo Iwaki, Hideki Kandori
    • 学会等名
      第6回アジア・オセアニア光生物学会議
    • 発表場所
      Sidney, Australia
    • 年月日
      20131110-20131113
  • [学会発表] Redox-controlled fluorescence from LOV-based protein2013

    • 著者名/発表者名
      ○Y. ono, T. Iwata, M. Iwaki, H. Kandori
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Hydrogen-bonding network in the active center of a light-gated ion channel, channelrhodopsin2013

    • 著者名/発表者名
      ○S. Ito, H. E. Kato, R. Taniguchi, T. Iwata, O. Nureki, H. Kandori
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Screening of randomly mutated fluorescent proteins that can work in acidic conditions2013

    • 著者名/発表者名
      ○Tatsuya Iwata, Yukiko Ono, Masayo Iwaki, Hideki Kandori
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Hydrogen-bonding interaction of the protonated Schiff base with water molecules in a light-gated ion channel, channelrhodopsin2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ito, H. E. Kato, R. Taniguchi, T. Iwata, O. Nureki, H. Kandori
    • 学会等名
      International Symposium Optogenetics 2013
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130926-20130927
  • [学会発表] 光遺伝学に利用されるChRの赤外分光を用いた構造解析2013

    • 著者名/発表者名
      ○伊藤奨太、加藤英明、谷口怜哉、岩田達也、濡木 理、神取秀樹
    • 学会等名
      第53回生物物理若手の会夏の学校
    • 発表場所
      伊豆
    • 年月日
      20130906-20130909
  • [学会発表] フラビン結合光センサータンパク質を鋳型とした新規機能性タンパク質の開発2013

    • 著者名/発表者名
      岩田達也
    • 学会等名
      第1回 次世代材料・テクノロジー研究会
    • 発表場所
      名古屋工業大学
    • 年月日
      20130904-20130904
    • 招待講演
  • [学会発表] 赤外分光法を用いたフラビン結合型光センサータンパク質の構造解析2013

    • 著者名/発表者名
      岩田達也
    • 学会等名
      第3回光科学異分野横断萌芽研究会
    • 発表場所
      箱根
    • 年月日
      20130808-20130810
    • 招待講演
  • [学会発表] 液胞を標的とした酸化還元状態感受性蛍光タンパク質の開発2013

    • 著者名/発表者名
      ○岩田 達也、神取 秀樹
    • 学会等名
      新学術領域研究「植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで」2013年度第1回班会議
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      20130628-20130630
  • [学会発表] FTIR study of water molecules in channelrhodopsin2013

    • 著者名/発表者名
      ○S. Ito, H. E. Kato, R. Taniguchi, T. Iwata, O. Nureki, H. Kandori
    • 学会等名
      IMS Workshop on "Hierarchical Molecular Dynamics: From Ultrafast Spectroscopy to Single Molecule Measurements
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      20130525-20130525
  • [備考] 国立大学法人 名古屋工業大学 研究者データベースシステム

    • URL

      http://researcher.nitech.ac.jp/html/100000171_ja.html

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公開日: 2015-05-28  

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