同生物種がもつ正と負の２つの光センサ分子の機能変換から機能の違いを生む要因を探る

高度好塩菌には主に正（誘因）と負（忌避）の2つの走応答を担う光受容体が存在し、それぞれセンサリーロドプシンI（SRI）、II（SRII）と呼ばれる。本研究では、これら2つのSRがそれぞれ逆の応答を司る光受容体として機能するのはなぜか？その要因を明らかにすることを目的に、初年度で試料となる2つのSR分子（Haloarcula vallismortis由来のSRI（HvSRI）およびSRII（HvSRII））を安定に得るためのタンパク質発現系を構築し、それぞれのタンパク質の吸収波長やフォトサイクルといった光化学的性質に関する調査を行った。令和4年度は、2つのSRそれぞれの機能に重要なアミノ酸残基を探索すべく、様々なアミノ酸残基に変異を導入し、その光化学的性質に及ぼす影響について調べた。SRをはじめとする微生物型ロドプシンでは、発色団レチナールの近傍にあり、結合ポケットを形成しているアミノ酸残基の中に重要残基が存在するケースが多いため、それらのアミノ酸残基についてHvSRIとHvSRII間で比較し、両者の間で異なるアミノ酸残基を抽出後、HvSRIIのそれぞれのアミノ酸をHvSRI型に置換した単変異体6種（L17F、T108M、Q105D、N83L、G130S、F134H）を作製した。6つの変異体の内、N83Lのみ極大吸収波長が野生型と比べて大きく（～10 nm）長波長シフトし、HvSRIに近づいたことから、このアミノ酸残基が吸収波長の調節において特に重要であることがわかった。また、この変異体は光反応の速さという観点からも、SRIIのシグナリング中間体として重要だとされているM中間体の崩壊速度が野生型と比べて著しく遅くなることを発見した。したがって、この変異導入が実際に走光性機能の変換を引き起こすかどうかについては興味深いテーマであり、今後検討していきたいと考えている。

高度好塩菌には主に正（誘因）と負（忌避）の2つの走応答を担う光受容体が存在し、それぞれセンサリーロドプシンI（SRI）、II（SRII）と呼ばれる。本研究では、これら2つのSRがそれぞれ逆の応答を司る光受容体として機能するのはなぜか？その要因を明らかにすることを目的に、初年度で試料となる2つのSR分子（Haloarcula vallismortis由来のSRI（HvSRI）およびSRII（HvSRII））を安定に得るためのタンパク質発現系を構築し、それぞれのタンパク質の吸収波長やフォトサイクルといった光化学的性質に関する調査を行った。令和4年度は、2つのSRそれぞれの機能に重要なアミノ酸残基を探索すべく、様々なアミノ酸残基に変異を導入し、その光化学的性質に及ぼす影響について調べた。SRをはじめとする微生物型ロドプシンでは、発色団レチナールの近傍にあり、結合ポケットを形成しているアミノ酸残基の中に重要残基が存在するケースが多いため、それらのアミノ酸残基についてHvSRIとHvSRII間で比較し、両者の間で異なるアミノ酸残基を抽出後、HvSRIIのそれぞれのアミノ酸をHvSRI型に置換した単変異体6種（L17F、T108M、Q105D、N83L、G130S、F134H）を作製した。6つの変異体の内、N83Lのみ極大吸収波長が野生型と比べて大きく（～10 nm）長波長シフトし、HvSRIに近づいたことから、このアミノ酸残基が吸収波長の調節において特に重要であることがわかった。また、この変異体は光反応の速さという観点からも、SRIIのシグナリング中間体として重要だとされているM中間体の崩壊速度が野生型と比べて著しく遅くなることを発見した。したがって、この変異導入が実際に走光性機能の変換を引き起こすかどうかについては興味深いテーマであり、今後検討していきたいと考えている。