シアノバクテリア光受容体を用いた近赤外光スイッチタンパク質の開発

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光スイッチタンパク質は，細胞内や生体内の様々な生体分子の機能を光で操作するための技術である．赤色光のような長波長の光は生体組織透過性に優れ，光毒性が小さいという点から光操作技術において有用な光質とされている．赤色光に応答する光スイッチタンパク質は既にいくつか報告されていたが，光制御能が著しく低い点や汎用性が低い点など，大きな課題が残されていた．本研究では，バクテリアが持つ赤色光受容タンパク質バクテリオフィトクロム（BphP）に着目し，赤色光照射依存的にBphPへ結合するバインダー分子を進化分子工学的手法に基づいて探索することで新規赤色光スイッチタンパク質の開発を試みた．スクリーニングで得られたバインダー分子に対し様々な改変を加え、光応答性を改善した赤色光スイッチタンパク質MagRedを開発した．次にMagRedをCRISPR-Cas9システムと組み合わせることで赤色光照射時にのみ標的遺伝子の発現を誘導するRed-CPTSを開発した．既存の赤色光スイッチタンパク質を用いたCPTSでは暗環境下での高いリーク活性が検出されたが，Red-CPTSでは赤色光照射により効率よく遺伝子発現を誘導できただけでなく暗環境下においてほとんどリーク活性が検出されず高い光制御性を持つことがわかった．さらにMagRedをDNA組換え酵素Creの分割体と繋げ，暗環境下ではDNA組換え活性を持たないが，赤色光照射によるMagRedの会合に伴いCre分割体が再構成されDNA組換え活性を取り戻すRedPA-Creを開発した．RedPA-Creは既存の赤色光制御可能なDNA組換えシステムと比較して優れたパフォーマンスを示した．以上より，本研究で開発した新しい赤色光スイッチタンパク質は生体深部における生命現象の解明や，遺伝子疾患や細胞治療など生命科学・医学分野を含む幅広い研究分野において役立つことが期待される．