Molecular Mechanisms of Selective Ion Transport by Common Protein Structures

常见蛋白质结构选择性离子传输的分子机制

• 批准号: 19J10830
• 负责人: 大友 章裕
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Institute for Molecular Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10830/
• 关键词: 共鳴ラマン分光法; ロドプシン; イオンポンプ

光駆動イオンポンプKR2のナトリウムイオン輸送過程のタンパク質構造変化を解明するため、時間分解紫外共鳴ラマン分光測定を行った。観測された時間分解共鳴ラマンスペクトルから、ミリ秒付近でのKR2の反応中間体のタンパク質構造を明らかにした。KR2では、ミリ秒の時間領域でナトリウムイオンの取込と放出が起きるため、この反応中間体の構造を知ることはナトリウムイオン輸送機構を解明するうえで重要である。さらに変異体を用いた実験から、この反応中間体の生成・消滅に伴い、タンパク質内部のTrp残基周辺の疎水的な環境が変化することが分かった。これらの結果をもとに、KR2がナトリウムイオンを輸送するために、細胞膜を介した過渡的なチャネルをタンパク質内部に形成するモデルを提案した。興味深いことに、プロトン輸送状態にあるKR2で同様の測定を行ったところ、類似した構造変化が観測された。この結果は、イオンを輸送するための過渡的なチャネル形成は、輸送されるイオンには依存しない共通の機構である可能性を示唆する。

为了阐明光驱动离子泵KR2的钠离子传输过程中的蛋白质结构变化，进行了时间分辨的紫外线共振拉曼光谱。观察到的时间分辨的共振拉曼光谱揭示了在毫秒左右的Kr2反应中间体的蛋白质结构。因为在KR2中，钠离子是摄取和释放在毫秒时域中的，因此知道该反应中间体的结构对于阐明钠离子传输机制很重要。此外，使用突变体的实验表明，蛋白质内部TRP残基周围的疏水环境随着该反应中间体的形成和消失而变化。基于这些结果，我们提出了一个模型，其中KR2通过细胞膜在蛋白质内形成瞬态通道以转运钠离子。有趣的是，在质子运输状态下对KR2进行了类似的测量，并观察到了类似的结构变化。该结果表明，用于运输离子的瞬时通道形成可能是一种常见的机制，与被运输的离子无关。

项目成果

新規光受容タンパク質ヘリオロドプシンが持つ長寿命光反応中間体の発色団構造の解明

阐明新型光感受器蛋白日光视紫红质的长寿命光反应中间体的发色团结构

• 发表时间: 2020
• 作者: 潤井 泰斗;大友 章裕;水野 操;神取 秀樹;水谷 泰久
• 通讯作者: 水谷 泰久

Time-resolved UV resonance Raman observation of protein dynamics of a light-driven sodium ion-pumping rhodopsin

光驱动钠离子泵视紫红质蛋白质动力学的时间分辨紫外共振拉曼观察

• 发表时间: 2019
• 作者: Otomo Akihiro;Mizuno Misao;Inoue Keiichi;Kandori Hideki;Mizutani Yasuhisa
• 通讯作者: Mizutani Yasuhisa

時間分解紫外共鳴ラマン分光法によるKR2の構造ダイナミクスの観測

时间分辨紫外共振拉曼光谱观察KR2的结构动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: 大友 章裕;水野 操;井上 圭一;神取 秀樹;水谷 泰久
• 通讯作者: 水谷 泰久

ナトリウムイオン輸送タンパク質KR2の発色団が持つ水素結合様式の特異性

钠离子转运蛋白KR2发色团氢键模式的特异性

• 发表时间: 2020
• 作者: 篠崎 友香;大友 章裕;水野 操;吉住 玲;神取 秀樹;水谷 泰久
• 通讯作者: 水谷 泰久