生物時計システムの周期と温度補償制御ロジックの構造化学的解明

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本課題では、生物時計システムの機能や構造をマルチスケール（細胞～分子間相互作用～分子～原子）にわたって統合的に解析する（統合的多階層アプローチ）。シアノバクテリアの生物時計システムを研究対象とし、生物物理学、構造生物学、時間生物学、分子生物学、制御工学などの技術を用いて、計時システム（Kaiタンパク質）に秘められた24時間周期と温度補償の制御ロジックを解明することを目的としている。周期が短くなる短周期型変異、周期が長くなる長周期型変異、リズムを示さなくなるリズム消失型変異、そして温度補償性を損なう温度依存型変異、これらを計時システムのコアをなす時計タンパク質KaiCをベースにスクリーニングする。その際、これまでの研究成果やKaiCの立体構造情報を取り入れることで、幅広くもポイントを絞った変異体設計を試みた。現段階において、周期変異体や温度補償変異体の主要候補が幾つか得られており、今後もスクリーニングを継続的に進めていく計画である。その際、独自開発したオートサンプラーを駆使することで、温度補償変異のスクリーニングを効率よく実施する。変異の部位や種類によって、大腸菌での大量発現やクロマトグラフィーによる精製が容易でない場合がある。そのような場合には、これまでの経験に基づいて菌株や培養温度を最適化することで改善をはかる予定である。変異型KaiCが得られれば各種の物理化学的測定に供するとともに、これまでに見出されている複数の晶系での高分解能結晶構造解析を実施する予定である。