青色光センサーBLUFタンパクPixD質における光受容・信号伝達機構の解明

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本研究は、シアノバクテリアの走光性の制御に関わる青色光センサータンパク質PbxDの光反応ダイナミクスを、時間分解過渡回折格子(TG)法により調べたものである。TG法では、光誘起の屈折率変化の検出を通して、光励起後の分子体積変化や拡散係数変化を高時間分解能・高感度で測定することが可能である。この手法によって、通常用いられる過渡吸収法では観測されない新しい反応中間体を発見したのみならず、PixDの特徴的な十量体構造に起因する構造変化、および十量体から二量体への会合状態変化を初あて時間分解で捉えることに成功した。また、ゲル濾過やBlue Native-PAGE、部位特異的変異などを併用し、多角的かつ分子論的にPixDの光受容・信号伝達機構を明らかにした。さらには、光情報伝達に重要な十量体から二量体への光解離反応が励起光強度に強く依存することを見出し、PixDは走光性のための光センサーとしてだけでなく、光強度センサーとして機能し得る可能性を示唆した。また、さらに下流のシグナル伝達について明らかにするため、生体内で直接機能発現に関わるレスポンスレギュレータタンパク質PixEとのタンパク質間相互作用について調べた。これら2つのタンパク質は、暗状態においてPixD10分子とPixE5分子からなる複合体を形成し、青色光照射によりPixD二量体とPixE単量体へ解離することが報告されている。この系に対して、分光測定に適した濃度・精製度で複合体としてサンプルを得るための大量培養・精製法を確立した。得られたサンプルにTG法を適用した結果、機能に直接関わるタンパク質間相互作用変化を拡散係数変化として捉えることに成功し、PixDからPixEへのシグナル伝達遠度を決定することに成功した。