2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02391
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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) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ロドプシン / ナトリウムポンプ / 光反応サイクル / 結晶構造解析 / 赤外分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光駆動ポンプとして機能する微生物型ロドプシンとしては、プロトン以外の陽イオンポンプは存在しないと長年、考えられてきたが、我々は2013年に海洋性細菌から光駆動ナトリウムポンプを発見した。本研究では、この新規ロドプシンのメカニズムを明らかにするための構造解析を行う。Ｘ線結晶構造解析を用いて立体構造を決定するとともに、我々が世界をリードする赤外差スペクトル分光法を用いて光反応中間体の構造解析を行い、なぜナトリウムイオンが一方向に輸送されるのか明らかにすることを目指している。初年度は以下の成果が得られた。
東大・濡木研との共同研究により光駆動ナトリウムポンプの結晶構造を決定することに成功した。我々の研究室で行った機能解析の実験と組合せることで、一方向へのナトリウムイオンの輸送モデルを提唱することができ、Nature誌にArticleとして掲載された。結晶構造ではナトリウムイオンが観測されていなかったため、本論文中では全反射赤外分光解析を用いてナトリウムイオンの結合を調べている。さらに得られた構造基盤をもとに、カリウムイオンやセシウムイオンをポンプする変異タンパク質の創成にも成功したが、これらは光遺伝学や放射性セシウムの回収といった応用面でも注目されている。
赤外分光法を用いた中間体の構造解析に関しては低温法、時間分解法を用いて行っているが、平成２７年度には、可視吸収の分光法を用いてダイナミクス解析を行った結果を論文発表することができた。理研・田原研との共同研究により光駆動ナトリウムポンプの異性化ダイナミクスを測定し、他のロドプシンよりも高速の異性化反応を明らかにした。また陽イオンの取込ダイナミクスを測定し、光駆動ナトリウムポンプにおいてはナトリウムイオンと水素イオンが競合的に取り込まれること、同濃度であればプロトンポンプとしてはたらくことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
光駆動ナトリウムポンプの構造決定は世界中の競争であったが、幸い我々日本のグループが酸性と中性の二状態で構造を決定することができ、これをもとに輸送モデルを提唱することができた。きわめて幸先のよいスタートであり、Nature誌のArticleに掲載された事実も合わせて、当初の計画以上の進展と言うことができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画は順調に進んでおり、この方向での研究を進める。今後は赤外分光解析を駆使することで、機能発現メカニズムの解明に取り組む。
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[Journal Article] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump2015
Author(s)
H. E. Kato, K. Inoue, R. Abe-Yoshizumi, Y. Kato, H. Ono, M. Konno, S. Hososhima, T. Ishizuka, M. R. Hoque, H. Kunitomo, J. Ito, S. Yoshizawa, K. Yamashita, M. Takemoto, T. Nishizawa, R. Taniguchi, K. Kogure, A. D. Maturana, Y. Iino, H. Yawo, R. Ishitani, H. Kandori*, O. Nureki*
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Journal Title
Nature
Volume: 521
Pages: 48-53
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] 光で陽イオンを運ぶ2016
Author(s)
神取秀樹
Organizer
理化学研究所「分子システム研究」研究報告会
Place of Presentation
和光
Year and Date
2016-02-03 – 2016-02-03
Invited
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[Presentation] Functional conversion of CPD and (6-4) photolyases by mutation2015
Author(s)
D. Yamada, H. M. Dokainish, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, A. Kitao, H. Kandori
Organizer
The 53rd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
Place of Presentation
Kanazawa, Japan
Year and Date
2015-09-13 – 2015-09-15
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[Presentation] Functional conversion between photolyases by mutation2015
Author(s)
D. Yamada, T. Iwata, J. Yamamoto, T. Ishikawa, T. Todo, S. Iwai, E. D. Getzoff, H. Kandori
Organizer
The 3rd Awaji International Workshop on "Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications"
Place of Presentation
Awaji Island, Japan
Year and Date
2015-06-14 – 2015-06-17
Int'l Joint Research
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