2018 Fiscal Year Research-status Report
データベース及び実験的手法を用いた光回復酵素/クリプトクロムファミリーの機能解析
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17K15103
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 大智 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (90793191)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 祖先配列 / 構造機能相関 / バイオインフォマティクス / 生物物理 / 光回復酵素 / ロドプシン様タンパク質 / クリプトクロム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、データベースと機能測定実験を組み合わせることで、遺伝子修復、光線センサーや概日リズムの一部を担う機能をもち、同じ共通祖先由来にもかかわらず異なる機能をもつタンパク質群である光回復酵素/クリプトクロムファミリーの分子進化から機能発現機構を明らかにする。さらに、本研究から古環境の推定と発展させた研究として新規機能性タンパク質の創成を目指す。また、これらの技術を利用して、他のタンパク質への応用も行う。本年度の研究成果の概要を以下に記述する。
1.大量の配列を比較計算する技術を駆使して、ロドプシン様タンパク質の解析を行った。ロドプシンは発色団レチナールを結合するために、タンパク質内部に保存性の高いLys残基を持っている。しかし、配列はロドプシンと相同性を示すものの、このLys残基を保存していない配列も多く見つかっている。今回のこのLys残基を持たないロドプシン様タンパク質に、Lys残基とカウンターイオンになるAspを導入することで、プロトンポンプ機能を復活させることに成功し、進化の面で新たな知見を得ることができた。
2.光回復酵素の機能が何故生み出されるのか明確な答えは出ていない。そこで、(6-4)光回復酵素について、修復能をもつ分子機構を機能活性測定と分子動力学計算により調べた。その結果、活性サイト近傍にあるLys残基が重要であることを見出した。この内容は現在論文にまとめている段階である。さらに、この知見から(6-4)光回復能をもたないCPD光回復酵素に (6-4)光回復能を生む可能性があり、Lys残基を含む周辺ドメインを入れ替えたキメラタンパク質の作製を試みた。しかし、作製したキメラタンパク質は、うまく発現できないものがほとんどであった。構造を保持するため配列情報を計算から抽出していく必要があり、今後検討していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計算科学を駆使することで、光回復酵素/クリプトクロムファミリー以外のLys残基を持たないロドプシン様タンパク質において、進化と機能発現機構につながる研究結果を得ることができた。これは、本手法が他のタンパク質にも応用していく可能性を示している。
この結果から、分子進化と機能発現機構を明らかにする当研究が、順調に進んでいることが理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに、光回復酵素/クリプトクロムファミリーの祖先配列の推定を行う事に成功したが、タンパク質発現はまだ上手くいっていない。そこで、祖先配列推定プログラムに関しても、見直しを行っていく。
さらに、機能が異なる配列群または同じ機能をもつ配列群と各機能の分岐点の配列と比較し、保存性の高い配列または異なる配列から、それぞれの機能に重要な配列情報を抽出する。その候補として、昨年度発見した(6-4)光回復能を生むのに重要なLsy残基をいかに正しい位置に配置させることができるかが重要である。これを理解するために実験及び計算科学を駆使るすることで、光回復酵素/クリプトクロムファミリーの機能発現機構を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
研究計画を遂行するにあたり、いくつかの種のクリプトクロムタンパク質において、従来の方法では、その安定性の低さから測定を行うことが困難な場合が生じた。
これを解消するために、新たに顕微赤外装置を購入することを検討している。その購入費の一部に本研究費を当てるため、次年度使用額が生じた。
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