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

基本信息

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

项目摘要

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。

严格控制膜蛋白对膜的取向以支持各种生命现象。众所周知，Rhodopsin是一种光反应的七跨膜蛋白，一直指向其c末端朝向细胞质侧，但是在2018年，我们发现了呈倒膜拓扑结构的Heliorhopopsin。 Heliorhopopsin在结构内部也具有正电荷，但尚不清楚膜反转的原因是否仅是由于N端的性质，包括信号序列和第一个螺旋。因此，在这项研究中，我们旨在使用氨基酸突变来阐明决定视紫红质膜拓扑的因素，并自由控制视紫红质的膜拓扑。随着研究的进行，我们开始了一个特殊的促销研究项目，“揭示了2021年中期运行的黑鄙视的机制，其中包括相同的研究内容，因此我们希望在2021年中仅仅在新兴水平的研究之外做出进一步的发展。到目前为止，在2021年迄今已实现了以下结果：2021年的纯化蛋白质 - 纯化的型螺旋蛋白 - 甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基化型典型杂物素;拉曼光谱阐明了光活化的结构动力学。通过与东京大学进行联合研究，阳离子一面是揭示的。这些结果也是控制膜方向的主要因素。