ロドプシン基底関数の理解と利用

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ロドプシンは、多様な生物に存在する光受容膜タンパク質の総称で、生命における光依存的機能を司るとともに、人為的な光操作（オプトジェネティクス）分子として利用されている。本研究は、ロドプシンとは何か？という根源的な問いに答えるため、「ロドプシン基底関数（x1a1 + x2a2 + … xiai）の理解と利用」を目的としている。本年度は、昨年度に引き続き、これまでに培ってきた技術（生物物理学，遺伝子工学，タンパク質科学，分光学，光遺伝学，生化学，神経科学，細胞生物学）と人的資源（研究協力者）を総動員し、「①探索、②解析、③操作」の3項目の研究に取り組んだ。具体的には、数百種類の未解析ロドプシンの発現・精製（①探索）と精密解析（②解析）を行い、既知情報とあわせて、ロドプシン間の機能や物性を定量的かつ様々な観点から比較した。これにより、基底ベクトル：x1, x2, … xi を算出し、ロドプシンを定義する素因子を明らかにした【例：x1 = 波長、x2 = 機能、x3 = 発色団、.... 】（理解）。ここでは、係数を表す a1, a2, …ai もあわせて算出した。以上より、ロドプシンとは何かの理解と分類に大きな進展がみられた。また、あわせてロドプシンの拡張要素を炙り出すことに成功し、その情報からロドプシン分子の合理的分子設計と新奇光操作ツール開発および開発したツールによる生命機能の光操作を実現した（③操作）【例：a1 = 青・緑・赤（色パレット）、a2 = イオン輸送・走光性能、a3 = レチナール＋第二発色団カロテノイド、.... 】（利用）。