2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
13J30007
|
|---|
| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
片山 耕大 名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
|
|---|
| Keywords | 生物物理 / 視物質 / 波長制御 / 赤外分光 / 霊長類 / 11-シスレチナール / 変異タンパク質 / 内部結合水 |
|---|
| Research Abstract |
本研究では、霊長類色覚視物質の構造解析において残された青感受性視物質の大量発現系の確立および赤・緑感受性視物質と同程度の高精度なスペクトル測定を実現することが目的である。本年度の研究成果の概要を以下に記述する。
6年前より霊長類赤・緑視物質の赤外分光法による構造解析に取り組んできて、すでに両視物質問でタンパク質骨格や水分子を含む水素結合ネットワークの違いを見出してきた。さらに昨年度は部位特異的な変異タンパク質およびレチナールの同位体標識試料に対する高精度のスペクトル測定に挑戦し、構造の違いを生み出すアミノ酸や水分子の位置を特定し、構造基盤に立脚した波長制御メカニズムの理解をさらに深めることができた。今回私は残された青視物質の構造解析に向けた実験条件の確立、そして赤・緑視物質と同程度の高精度なスペクトル測定に挑戦した。青視物質の発現量は赤・緑視物質の1/10以下と報告されていることや、凝集しやすいタンパク質の特性など、構造解析に向けてさらなる困難を伴うことが予想されたため、、当初は実験条件の確立に2年は要することを覚悟していた。しかし発現量が多い霊長類間での種の選択や、これまでの赤・緑視物質に対する構造解析から得た知識と経験を活かすことで、昨年末にようやく1回分の測定に向けた試料を作製することに成功した(実験条件を最適化することで従来の3倍量の試料を得ることに成功)。さらに緻密な波長依存性の実験など、十分な光照射条件の検討を重ねることで、世界で初めて霊長類青視物質の構造スペクトルを得ることに成功した。現在は赤・緑視物質の野生型および変異体のスペクトルとの比較考察により、赤・緑・青視物質が全く同一の発色団分子11-シスレチナールを用いていながら、いかにして異なる波長の光吸収を実現しているのか、それぞれに特異的なタンパク質―レチナール問相互作用(波長制御メカニズム)を分子基盤に立脚して議論した論文を作成中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
6年前よりスタートした霊長類色覚視物質の赤外分光法による構造解析プロジェクトも、赤・緑視物質に対しては部位特異的な変異実験を含めた両視物質問の構造違いの特定により、残すは青視物質のみであった。一方で青視物質は赤・緑視物質に比べてさらに試料調製が困難とされていたことから、構造解析に向けた実験条件の最適化に2年を要することを覚悟していたが、発現量の増加を目的に行った種の選択といった新たな試みや、これまでの経験による円滑な実験条件の最適化により、僅か1年足らずで分光測定に向けた青視物質の試料調製を実現しただけでなく、赤・緑視物質と同程度の高精度なスペクトル測定まで達成できたことが主な理由である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
霊長類の色認識メカニズムの理解に比べ明暗認識メカニズムの理解が深まっている最大の理由は、レチナールとタンパク質場との分子間相互作用の強さを議論した赤外スペクトルに加え、X線結晶構造解析による原子レベルの構造情報が存在するからである。私は昨年末にようやく霊長類赤・緑・青視物質の構造スペクトルを測定することに成功し、現在分子基盤に立脚したそれぞれの視物質における特異的なタンパク質―レチナール間相互作用を議論した論文を現在作成中である。一方でロドプシンと同様、さらに波長制御メカニズムの理解を深めるためには、X線結晶構造解析による構造情報が必須と考えている。幸い昨年の秋に半年繰り上げて学位を取得したことに伴い、今年の1月よりアメリカで膜タンパク質の結晶構造解析に精通した研究室に昆虫細胞による色覚視物質の大量発現系技術を習得する目的で留学させてもらうことになった。すでにこちらの研究室で色覚視物質の発現にも取り掛かっており、今年度は霊長類色覚視物質の結晶構造解析に向けた実験条件の確立を目指す。
|
