ロドプシンの膜トポロジーを反転させる

反转视紫红质的膜拓扑

• 批准号: 20K21251
• 负责人: 神取 秀樹
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21251/
• 关键词: ヘリオロドプシン; 膜反転; 静電相互作用; レチナール; アミノ酸変異

様々な生命現象を支えるため膜タンパク質の膜への配向は厳密に制御されている。光応答性７回膜貫通型タンパク質であるロドプシンも必ずC末端を細胞質側に向けていることが知られていたが、我々は2018年、膜トポロジーが反転したヘリオロドプシンを発見した。ヘリオロドプシンは構造的にも正電荷を内側に持っているが、膜反転の理由はそれだけによるものか、シグナル配列や第一ヘリックスを含むN末端の性質によるものか不明である。そこで本研究においては、アミノ酸変異を駆使して、ロドプシンが膜トポロジーを決める要因を明らかにするとともに、ロドプシンの膜トポロジーを自在に制御することを目指した。研究を進める中、同様の研究内容を含む特別推進研究「光遺伝学を支えるロドプシンの作動メカニズムの解明」を2021年度途中から開始したため、萌芽レベルでの研究だけに留まらず、さらに発展した成果が期待される。2021年度、これまでに以下の成果が得られた。ヘリオロドプシンの精製タンパク質に対して、低温赤外分光や時間分解ラマン分光を行い、光活性化の構造ダイナミクスを明らかにした。また我々は、系統樹においてヘリオロドプシンとC末端を細胞質側に向けた微生物ロドプシンの中間的な位置に存在するシゾロドプシンを見出し、これが内向きプロトンポンプの機能を持つことを明らかにしている。C末端を細胞質側に向けたシゾロドプシンについて、東大との共同研究により立体構造を明らかにした。これら以外にも、C末端を細胞質側に向けた微生物ロドプシン、具体的には新しいチャネルロドプシン、光駆動ナトリウムポンプ、TATロドプシンなどのメカニズム解析を論文発表することができた。これらは膜配向の制御とも大きく関わる成果である。

With others 々 な life phenomenon を え る た め membrane タ ン パ ク qualitative の membrane へ の match to は 厳 dense に suppression さ れ て い る. Light 応 a sexual type 7 transmembrane back タ ン パ ク qualitative で あ る ロ ド プ シ ン も to け ず C terminal を cytoplasmic side に て い る こ と が know ら れ て い た が, I 々 は 2018, membrane ト ポ ロ ジ ー が inverse planning し た ヘ リ オ ロ ド プ シ ン を 発 see し た. ヘ リ オ ロ ド プ シ ン は constructed に も に hold positive charge を inside っ て い る が, membrane against planning の reason は そ れ だ け に よ る も の か, シ グ ナ ル go や first ヘ リ ッ ク ス を む N terminal の properties に よ る も の か unknown で あ る. そ こ で this study に お い て は, ア ミ ノ acid - different を 駆 make し て, ロ ド プ シ ン が membrane ト ポ ロ ジ ー を definitely め る by を Ming ら か に す る と と も に, ロ ド プ シ ン の membrane ト ポ ロ ジ ー を comfortable に suppression す る こ と を refers し た. Research を into め る, with others in の research content contains を む special propulsion research "を 伝 learn of light hits え る ロ ド プ シ ン の actuation メ カ ニ ズ ム の interpret" を 2021 en route か ら began し た た め, bud レ ベ ル で の research だ け に leave ま ら ず, さ ら に 発 exhibition し た results が expect さ れ る. In 2021, れまでに れまでに obtained が of the following <s:1> achievements. ヘ リ オ ロ ド プ シ ン の refined タ ン パ ク qualitative に し seaborne て, low temperature outside the red spectral decomposition や time ラ マ ン spectral line を い, optical activeness の tectonic ダ イ ナ ミ ク ス を Ming ら か に し た. ま た I 々 は, tree に お い て ヘ リ オ ロ ド プ シ ン と C terminal を cytoplasmic side に to け た microbial ロ ド プ シ ン の に な position exists among す る シ ゾ ロ ド プ シ ン を see し, こ れ が introverted き プ ロ ト ン ポ ン プ の function を hold つ こ と を Ming ら か に し て い る. C terminal を cytoplasmic side に to け た シ ゾ ロ ド プ シ ン に つ い て, neusoft と の joint research に よ り three-dimensional structure を Ming ら か に し た. Outside こ れ ら に も, C terminal を cytoplasmic side に to け た microbial ロ ド プ シ ン, concrete に は new し い チ ャ ネ ル ロ ド プ シ ン, light 駆 ナ ト リ ウ ム ポ ン プ, TAT ロ ド プ シ ン な ど の メ カ ニ ズ ム parsing を paper 発 table す る こ と が で き た. The わる results である of <s:1> れら れら membrane alignment <s:1> in the production of と と large く く.

项目成果

低温赤外分光法によるウイルスロドプシンの構造解析

低温红外光谱法分析病毒视紫质的结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 青山真子;杉本哲平;片山耕大;神取秀樹
• 通讯作者: 神取秀樹

Photochemical dynamics of a primate blue-sensitive pigment by spectroscopic study

通过光谱研究灵长类蓝色敏感色素的光化学动力学

• 发表时间: 2020
• 作者: S. Hanai;K. Katayama;T. Sasaki;H. Imai and H. Kandori
• 通讯作者: H. Imai and H. Kandori

Disruption of Hydrogen-Bond Network in Rhodopsin Mutations Cause Night Blindness

• DOI: 10.1016/j.jmb.2020.08.006
• 发表时间: 2020-09-04
• 期刊: JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY
• 影响因子: 5.6
• 作者: Katayama, Kota;Takeyama, Yuri;Kandori, Hideki
• 通讯作者: Kandori, Hideki

Zinc Binding to Heliorhodopsin

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c02383
• 发表时间: 2020-10-15
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Hashimoto, Masanori;Katayama, Kota;Kandori, Hideki
• 通讯作者: Kandori, Hideki

History and perspectives of light-sensing proteins

光敏蛋白的历史和前景

• 发表时间: 2015
• 作者: Hiromu Yawo;Hideki Kandori;Amane Koizumi
• 通讯作者: Amane Koizumi