光遺伝学を神経科学以外の生物学へと大きく拡張する鍵となる超長波長光受容体の発見

超长波长光感受器的发现是极大地将光遗传学扩展到神经科学之外的生物学的关键

• 批准号: 22KJ0750
• 负责人: 三宅 敬太
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0750/
• 关键词: 光遺伝学; 光受容タンパク質; 近赤外光; メタゲノム

光遺伝学技術は、光によって活性化されるタンパク質分子を特定の細胞に発現させ、その活性分子の機能を光で制御することができる技術であり、現在、神経学分野で広く活用されています。しかし、既存の光活性化タンパク質は、組織深部への光透過性が低くかつ組織への光毒性が高い、短波長の青色光で制御される、という問題があります。本研究では、光遺伝学技術を生物学全体に普及させるため、組織深部への透過が高く、組織への光毒性が低い、遠赤外から近赤外の長波長領域の光に注目し、その領域の光を感知する新規な光受容体シアノバクテリオクロム（CBCR）の発見を研究目的としています。当該年度では、2年目に予定している光受容体探索に使用するデータセットの作成を中心に行い、これまでに報告されている110種類のCBCR分子に関して、その結合色素種、感知波長領域、色素との結合効率、タンパク質のアミノ酸配列情報を収集し、まとめました。また、長波長感知光受容体は、長波長環境下という特徴的な環境におけるメタゲノム配列に分布していると推測し、特徴的な光環境に存在するDNA配列（メタゲノム情報）からの探索を行っていく。すでに特徴的な光環境の候補の1つである長野県中房温泉の微生物マットを採取し、DNA抽出と16sアンプリコン解析まで完了しています。これらの成果は、今後予定しているCBCR分子の特性を推定する予測機の構築や、その予測機を用いた特徴的な光環境中のDNA配列からの新規光受容体探索に取り組む上で重要な情報となります。

The application of optical technology in the development of specific cells and in the control of the functions of active molecules The problem is that the existing photoactive substance is not stable, the light transmittance of deep tissue is low, the phototoxicity of tissue is high, and the cyan light of short wavelength is suppressed. This study aims to popularize optical technology in biology as a whole, increase the transmission of deep tissue, reduce the phototoxicity of tissue, focus on long-wavelength light in the far and near infrared regions, and develop new methods for the detection of photoreceptors (CBCR). In this year, the Center for the Preparation of Photoreceptor Exploration for the first and second years of this year reported information on 110 types of CBCR molecules, binding pigment species, sensing wavelength domain, binding efficiency of pigments, and acid alignment of pigments. Long wavelength sensing photoreceptors are expected to be distributed in characteristic environments under long wavelength environments, and DNA alignment (information) is expected to exist in characteristic environments. The characteristic light environment of Nagano Prefecture is ready for microbial sampling, DNA extraction and 16s analysis. The results of this study are expected to be useful in the construction and characterization of CBCR molecules in the light environment.