2017 Fiscal Year Annual Research Report
"Soft" structure-function relationship revealed by functional conversion of photoreceptive proteins
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104009
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70202033)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 機能転換 / アミノ酸置換 / ロドプシン / イオンポンプ / フラビンタンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの生体分子は共通の構造をもとに多彩な機能を演出しており、例えばロドプシンは共通の構造構築から光センサー、ポンプ、チャネル機能が発現する。進化の中で最適化された固有の機能は固有の構造によるものと考えられがちであるが、私たちはメカニズムを研究する中でロドプシンの機能を転換することにも成功してきた。このような機能転換の達成はタンパク質の構造と機能が柔軟に共役していることを示唆する。本研究課題において我々は、機能の発見・転換・創成をテーマとしてロドプシンやフラビンタンパク質など光応答性タンパク質を対象とした研究を行っている。最終年度となる平成２９年度は以下の成果が得られた。
ロドプシンの機能転換に関して、前年度、進化を遡る方向の機能転換は限られた変異で達成された一方、進化に沿った方向の機能転換は変異数を増やしても実現しなかった事実を発表した。系統的な赤外分光解析により、ロドプシンの活性中心に存在する強い水素結合を形成した水分子と機能転換との相関が明らかになった。このような水分子はプロトンポンプ機能に必須であることを明らかにしてきたが、クロライドポンプやナトリウムポンプといった新たな機能を獲得しても水分子の水素結合は保存されていたのである。
フラビンタンパク質の機能転換に関しても非対称の機能転換を見出したが、A01北尾グループとの共同研究の結果として活性中心の水素結合構造の重要性を明らかにすることができた。
機能の発見に関しては、cAMPやcGMPといった環状ヌクレオチドを光で分解する酵素ロドプシンを発見した。機能の創成に関しては、Gタンパク質共役型受容体と微生物型ロドプシンを用いたキメラタンパク質により、光でGsタンパク質を活性化する新規分子を創成することに成功した。これらのタンパク質分子は光操作応用にも期待される。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(124 results)
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[Journal Article] “Effect of point mutations on the ultrafast photo-isomerization of Anabaena sensory rhodopsin.”2018
Author(s)
D. Agathangelou, Y. Orozco-Gonzalez, M. del Carmen Marín, P. P. Roy, J. Brazard, H. Kandori, K. -H. Jung, J. Léonard, T. Buckup, N. Ferre;, M. Olivucci, S. Haacke*
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Journal Title
Faraday Discuss.
Volume: 207
Pages: 55-75
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] "Function conversion between CPD and (6-4) photolyases"2017
Author(s)
D. Yamada, H. M. Dokainish, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, K. Yura, A. Kitao, H. Kandori
Organizer
19th International Union of Pure and Applied Biophysics (IUPAB) and 11th European Biophysical Societies' Association (EBSA) Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] "Functional conversion of CPD and (6-4) photolyases"2017
Author(s)
D. Yamada, H. M. Dokainish, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, K. Yura, A. Kitao, H. Kandori
Organizer
Soft molecular systems, 5th symposium
Int'l Joint Research
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