Elucidation of structural basis of dynamically-driven protein allostery by time-resolved resonance Raman spectroscopy

2009 Fiscal Year Self-evaluation Report

• Project Area: Molecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
• Project/Area Number: 19056013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: MIZUTANI Yasuhisa Osaka University, 大学院・理学研究科, 教授 (60270469)
• Project Period (FY): 2007 – 2011
• Keywords: ラマン分光法 / 生物物理学 / 時間分解分光法

Research Abstract

タンパク質の機能発現機構を解明するためには、機能する際に分子がどのように構造変化するかという情報が重要である。その情報を得るには、高い時間分解能をもち、かつ化学結合レベルの構造情報を与える計測技術が必要である。我々は、チタンサファイアレーザーを基にしたピコ秒時間分解共鳴ラマン分光システムを世界に先駆けて製作し、タンパク質の構造ダイナミクスを明らかにしてきた。本研究の目的は、時間分解共鳴ラマン分光システムを拡張・性能向上させ、それによって従来の方法では計測が困難であったタンパク質の機能ダイナミクスを化学結合レベルで捉え、機能発現機構を解明することにある。これによって、タンパク質の動的構造を基盤とした、タンパク質物理化学の新しい研究領域を開拓する。
本研究では、酸素運搬タンパク質、ガス分子センサータンパク質、光センサータンパク質の機能発現機構の解明を目指す。これらのタンパク質の機能発現においては、アロステリック機構が本質的に重要である。そこで、リガンド結合部位あるいは発色団に起きる構造変化をスタートとして、ピコ秒からミリ秒まで9桁におよぶ幅広い時間帯でのタンパク質構造変化を、共鳴ラマン効果を最大限に活用して部位特異的に観測する。このようなユニークな実験データは、アロステリック機構を生み出す動的構造基盤を具体的な形で示してくれるであろう。

Research Products

• [Journal Article] Picosecond Time-Resolved Ultraviolet Resonance Raman Spectroscopy of Bacteriorhodopsin: Primary Protein Response to the Photoisomerization of Retinal (2009)
  • Author(s): Misao Mizuno, Mikihiro Shibata, Junya Yamada, Hideki Kandori, Yasuhisa Mizutani
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B 113 Pages: 12121-12128
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced Electron Transfer in Glucose Oxidase: a Picosecond Time-resolved Ultraviolet Resonance Raman Study (2008)
  • Author(s): Akiko Fujiwara, Yasuhisa Mizutani
  • Journal Title: J. Raman Spectrosc 39 Pages: 1600-1605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resonance Raman Observation of the Structural Dynamics of FixL on Ligand Recognition and Signaling (2007)
  • Author(s): Yusuke Hiruma, Akihiro Kikuchi, Atsunari Tanaka, Yoshitsugu Shiro, Yasuhisa Mizutani
  • Journal Title: Biochemistry 46 Pages: 6086-6096
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Primary protein response after ligand photodissociation in carbonmonoxy myoglobin (2007)
  • Author(s): Akira Sato, Ying Gao, Teizo Kitagawa, Yasuhisa Mizutani
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. 104 Pages: 9627-9632
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ultrafast protein response to photodissociation and photoisomerization: Myoglobin and bacteriorhodopsin (2009)
  • Author(s): Yasuhisa Mizutani
  • Organizer: 3e cycle lecture tour in Switzerland: Protein dynamics and function
  • Place of Presentation: Universitat Basel
  • Year and Date: 2009-10-14
• [Presentation] Hemoglobin allostery: dynamics and function (2008)
  • Author(s): Yasuhisa Mizutani
  • Organizer: 28th Annual Pittsburgh Conference Lectures
  • Place of Presentation: University of Pittsburgh, USA
  • Year and Date: 2008-04-16
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/mizutani/index-jp.html