Visualizing protein motions using molecular photoswitching

タンパク質の機能は、外部刺激による構造変化により生み出される。タンパク質機能を生み出す過渡的な分子運動の観測には、反応のタイミングが同期した分子アンサンブルのスペクトルを計測し、時間的精度が高い良質なスペクトルを得る必要である。これに対して、光による反応タイミングの制御がきわめて有効である。実際に、光受容タンパク質では光が外部刺激として構造変化を誘発するため、反応中間体の構造研究が多く行われている。一方、多くのタンパク質では、機能発現スイッチに光が利用されることはなく、時間的精度が高いダイナミクス観測が困難であった。本研究では、機能発現スイッチとして光反応により分子長や電荷分布が変化する小分子をタンパク質に導入し、反応タイミングの同期を行う（分子光スイッチング）。光によって誘起したタンパク質構造変化のダイナミクスを、芳香族アミノ酸残基および主鎖に由来するラマンバンドをプローブとして、時間分解紫外共鳴ラマン分光法により観測する。これにより、原子レベルの空間スケールかつピコ秒からサブ秒までの幅広い時間スケールで、機能発現に関わる構造ダイナミクスを観測する手法を確立する。本年度は、新たに幅広い波長チューニングが可能なパルスレーザーを導入し、タンパク質ダイナミクス観測のさらなる高感度化を実現した。一方、試料調製方法について、昨年度から引き続き検討しているが、まだ実施には至っていない。外部機関の研究者との研究協力をあおぐ必要がある。

タンパク質の機能は、外部刺激による構造変化により生み出される。タンパク質機能を生み出す過渡的な分子運動の観測には、反応のタイミングが同期した分子アンサンブルのスペクトルを計測し、時間的精度が高い良質なスペクトルを得る必要である。これに対して、光による反応タイミングの制御がきわめて有効である。実際に、光受容タンパク質では光が外部刺激として構造変化を誘発するため、反応中間体の構造研究が多く行われている。一方、多くのタンパク質では、機能発現スイッチに光が利用されることはなく、時間的精度が高いダイナミクス観測が困難であった。本研究では、機能発現スイッチとして光反応により分子長や電荷分布が変化する小分子をタンパク質に導入し、反応タイミングの同期を行う（分子光スイッチング）。光によって誘起したタンパク質構造変化のダイナミクスを、芳香族アミノ酸残基および主鎖に由来するラマンバンドをプローブとして、時間分解紫外共鳴ラマン分光法により観測する。これにより、原子レベルの空間スケールかつピコ秒からサブ秒までの幅広い時間スケールで、機能発現に関わる構造ダイナミクスを観測する手法を確立する。本年度は、新たに幅広い波長チューニングが可能なパルスレーザーを導入し、タンパク質ダイナミクス観測のさらなる高感度化を実現した。一方、試料調製方法について、昨年度から引き続き検討しているが、まだ実施には至っていない。外部機関の研究者との研究協力をあおぐ必要がある。