水素結合ネットワークに着目した青色光受容タンパク質ファミリーの機能制御機構の解明

以氢键网络为重点阐明蓝光受体蛋白家族的功能控制机制

基本信息

批准号：
21J13329
负责人：
細川雄平
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではゲノム恒常性や概日リズム形成に関与する青色光受容タンパク質ファミリーである光回復酵素・クリプトクロムスーパーファミリーの機能制御機構に着目した。特に、シロイヌナズナ由来の(6-4)光回復酵素 (At64) と、ショウジョウバエ由来のクリプトクロム (DmCRY) の2つのタンパク質に注目した。両者はともに、補因子であるフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）とトリプトファン残基との間で光依存的に電荷分離状態を形成し、その後、FADを還元することが知られている。この光依存的な還元反応が当該タンパク質ファミリーの多様な機能を制御していると考えられている。本研究課題を通じて、申請者はAt64が例外的に安定的な電荷分離状態を作り出すことを見出し、その安定化機構をナノ秒オーダーの時間分解測定を含む分光学的測定と分子動力学計算を組み合わせることで新規に解明し、論文報告した。一方で、DmCRYは光依存的構造変化に伴って立体構造を変化させることが知られていることから、当該研究の進展に向けて、光依存的構造変化の検出系の確立に尽力した。検出にはタンパク質をトリプシンで処理したときのバンドパターンが立体構造の違いによって変化することを利用し、また精製方法も新たに改善した。これにより、暗状態と明状態の構造を明確に区別することが可能になった。当初はAt64とDmCRYの配列類似性に立脚して、DmCRYの変異体を作製し、DmCRYの構造変化機構を同定する予定であった。しかし、At64の電荷分離状態安定化機構が当初の予想よりもずっと特異的なものであったため、この方針の適用には至っていない。しかし、検出系の確立に成功していることから、今後、他の変異体を用いて実験することで、研究が進展すると期待される。

这项研究的重点是光吸收酶的功能控制机制，隐性超级家族，这是一个参与基因组稳态和昼夜节律形成的蓝色光感受器蛋白家族。特别是，我们专注于两种蛋白质：（6-4）来自果蝇的拟南芥和隐性色素（DMCRY）的光吸收酶（AT64）。已知两者都在辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和色氨酸残基之间形成光依赖性电荷分离态，然后减少fad。据认为，这种光依赖性还原反应调节蛋白质家族的各种功能。通过该研究主题，申请人发现AT64创建了一个异常稳定的电荷分离状态，并通过结合光谱测量值，包括按纳米秒的顺序结合了光谱测量，并新阐明了其稳定机制，并在论文中报告了。另一方面，众所周知，DMCry会随着光依赖性结构变化而改变其三维结构，因此为了推进研究，我们一直在努力建立一个用于检测光依赖性结构变化的系统。该检测利用了这样一个事实，即蛋白质在用胰蛋白酶变化的情况下根据三维结构进行处理的事实，并且纯化方法也得到了新的改进。这使得可以清楚地区分黑暗和光态的结构。最初，我们计划基于AT64和DMCRY之间的序列相似性创建DMCRY的变体，并确定DMCRY中结构变化的机理。但是，尚未应用此政策，因为AT64的电荷分离状态稳定机制比最初预期的要具体得多。但是，由于检测系统已成功建立，因此预计将来会通过尝试其他突变体进行进一步的研究。