光駆動型イオンポンプの分子動画解析とその応用

光驱动离子泵分子视频分析及其应用

• 批准号: 21H02439
• 负责人: 南後 恵理子
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02439/
• 关键词: 微生物型ロドプシン; X線自由電子レーザー; ロドプシン

微生物由来のレチナールタンパク質（ロドプシン）は、光を受容して機能を発揮する膜タンパク質であり、最近ではその光応答性を利用して細胞の光制御を可能とするオプトジェネティクスに利用されるなど応用面でも注目されている。ロドプシンの最も代表的な機能は、イオンを能動輸送する機能であり、プロトンポンプのバクテリオロドプシン、クロライドイオンを輸送するハロロドプシン、ナトリウムポンプのKR2などが知られている。これらのイオンポンプ機能を持つロドプシンを比較すると、その基本構造は類似しており、構造の類似性にも関わらず電荷の異なるイオンを同一方向に輸送する仕組みに興味が持たれている。 今までに、様々なイオンポンプロドプシンが発見されており、それらのロドプシンにおいて、部位特異的変異導入及びその活性測定やクライオトラップ法による中間体X線結晶構造解析などが行われてきたが、イオンの選択性やイオン輸送機構の全容は明らかではない。本課題では、光反応の過程をリアルタイム且つ原子レベルで可視化することを目指して、X線自由電子レーザー（XFEL）を用いた時分割実験を実施する。高い空間分解能の動的構造情報を得るには、XFELによるシリアルフェムト秒結晶構造解析が用いられており、微結晶を調製する必要がある。昨年度までに得られた微生物由来のイオンポンプロドプシンの発現系を用いて、大量発現並びに精製を行った。続いて結晶化スクリーニングを行ったところ、4Åのデータではあったが回折像を取得した。現在、高分解能の回折データを得るべく検討を行っている。

Microbial origin の レ チ ナ ー ル タ ン パ ク mass (ロ ド プ シ ン) は, light を let し て function を 発 swing す る membrane タ ン パ ク qualitative で あ り, recently で は そ の light 応 answer sex を し て cells の light suppression を may と す る オ プ ト ジ ェ ネ テ ィ ク ス に using さ れ る な ど 応 with surface で も attention さ れ て い る. ロ ド プ シ ン の も most representative な function は, イ オ ン を active transport す る function で あ り, プ ロ ト ン ポ ン プ の バ ク テ リ オ ロ ド プ シ ン, ク ロ ラ イ ド イ オ ン を conveying す る ハ ロ ロ ド プ シ ン, ナ ト リ ウ ム ポ ン プ の KR2 な ど が know ら れ て い る. こ れ ら の イ オ ン ポ ン プ function を hold つ ロ ド プ シ ン を compare す る と, そ の basic structure similar し は て お り, tectonic の similarity に も masato わ ら の ず charge different な る イ オ ン を same direction に conveying す る blackstone group み に tumblers が hold た れ て い る. Today ま で に, others 々 な イ オ ン ポ ン プ ロ ド プ シ ン が 発 see さ れ て お り, そ れ ら の ロ ド プ シ ン に お い て, site specific - different import and び そ の activity determination や ク ラ イ オ ト ラ ッ プ method に よ る intermediates X-ray crystal structure parsing な ど が line わ れ て き た が, イ オ ン の sentaku sex や イ オ ン transportation agency の full capacity は Ming ら か で は な い . This topic で は, light 応 の process を リ ア ル タ イ ム and つ atomic レ ベ ル で visualization す る こ と を refers し て, X-ray free electrons レ ー ザ ー (XFEL) を い た break when be 験 を be applied す る. High い space decomposition can の dynamic structure of intelligence を る に は, XFEL に よ る シ リ ア ル フ ェ ム crystal structure analytic が ト seconds with い ら れ て お り, micro crystal を modulation す る necessary が あ る. Yesterday's annual ま で に must ら れ た microbial origin の イ オ ン ポ ン プ ロ ド プ シ ン の 発 practice while department を い て, massive 発 now and び に refined を line っ た. 続 い て crystallization ス ク リ ー ニ ン グ を line っ た と こ ろ, 4 a の デ ー タ で は あ っ た が inflexion like を obtain し た. Now, for high decomposition energy, <s:1> fold it back to デ デ タを タを to るべく検 seek を lines って る る る.

项目成果

高速分子動画計測の現状と今後の課題

高速分子视频测量的现状和未来挑战

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐野豊;伊藤優志;小井川浩之;高橋聡;南後恵理子
• 通讯作者: 南後恵理子

Structural changes in chloride ion pump rhodopsin by time-resolved crystallography

通过时间分辨晶体学观察氯离子泵视紫红质的结构变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 保坂俊彰

Time-resolved serial femtosecond crystallography of microbial rhodopsins

微生物视紫红质的时间分辨连续飞秒晶体学

• 发表时间: 2022
• 作者: Yamada T;Tsuge H.;南後恵理子
• 通讯作者: 南後恵理子

高速分子動画:タンパク質の構造機能相関研究の最先端 Non-equilibrium state molecular movies: a new frontier in structural and functional studies on proteins

非平衡态分子电影：蛋白质结构和功能研究的新前沿

• 发表时间: 2021
• 作者: Seiichiro Hayashi;Daisuke Fujinami;Daisuke Kohda;Kazuhiro Oiwa;Eriko Nango
• 通讯作者: Eriko Nango

XFELによるタンパク質分子動画解析の現状と今後の展望

XFEL蛋白质分子视频分析的现状及未来展望

• 发表时间: 2023
• 作者: 髙橋 聡;TSUKAMOTO Hisao;南後恵理子
• 通讯作者: 南後恵理子