高速AFMによるタンパク質の動態機能解明

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本研究は、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)を用いて生体膜中における膜タンパク質の動態を高時空間分解能で直接可視化する事で、それらの機能発現過程及び構造変化を捉え、その動態機能を解明する事が目的である。本年度の研究実績を以下に記述する。1.紫膜中でのバクテリオロドプシン(bR)の集合メカニズム及び構造ダイナミクスを明らかにするため、変異体bRを用いた以下の実験を行った。(1)bRが2次元結晶格子に集合する際の構成単位である三量体間での相互作用部位を詳細に明らかにするため、アミノ酸部位特異的変異体bRの作成に取り組んだ。その結果、芳香族残基を持たないアミノ酸に置換した変異体W12Iでは、野生型と比べbRの発現量がかなり低くなる事が分かった。一方、芳香族残基を持つアミノ酸に置換した変異体W12Fでは、野生型と同量の発現に成功し、高速AFM観察により野生型と同じ格子構造を形成する事が分かった。(2)bRの光サイクル時の構造ダイナミクスを明らかにするため、野生型bRと比べて光サイクルが100～1000倍遅い変異体D96Nの高速AFM観察を行い、詳細な動的構造変化を捉える事に成功した。また、その成果を本年度原著論文として報告した。2.脊椎動物視細胞の円盤膜におけるロドプシンとトランスデューシン(Gt)の相互作用を捉えるため以下の実験を行った。円盤膜中で共に拡散するロドプシンとGt分子を区別するため、ロドプシンのみを基盤へ特異的固定化する事に取り組んだ。具体的には、マイカ基盤上にストレプトアビジンの2次元結晶を作成し、ビオチン化したロドプシン抗体を結合させ、その上に円盤膜をのせることで、ロドプシンの固定化を試みた。その結果、ロドプシンC末端抗体を用いた基盤で円盤膜の結合が確認できたが、N末端抗体では、確認できなかった。この事から2重層膜構造である円盤膜の1層化が必要であると考えられる。