X線結晶構造解析に基づく改変型チャネルロドプシンの創出

基于 X 射线晶体结构分析创建修饰的视紫质通道蛋白

• 批准号: 11J06643
• 负责人: 加藤 英明
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06643/
• 关键词: 構造生物学; X線結晶構造解析; チャネルロドプシン; ロドプシン; 光遺伝学; 神経生物学; 陽イオンチャネル; ナトリウムポンプ

一昨年度に解明したチャネルロドプシンの閉状態における結晶構造を元に、「発色団であるレチナール分子のβイオノン環を回転させることでチャネルロドプシンの吸収波長を短波長側にシフトさせる」という新規設計法を提唱した。変異体を実際に作製し、その吸収・励起スペクトルの測定を行うことで設計通りの変異体を作製することに成功、この変異体を用いて実際に生きたマウスの神経細胞を興奮させることにも成功した。更に、この変異体の構造解析を行うことで実際にレチナール分子のβイオノン環が捻れていることを明らかにし、作製した変異体の波長シフトの原因が、理論通りレチナール分子の捻れによって引き起こされていることを証明した。更に、チャネルロドプシン以外の他のロドプシンについても同設計法が適用出来ることを実証し、本手法が広くロドプシンの波長シフト変異体を作製する際の普遍的な方法として利用可能であることを示した。現在これらの結果をまとめて投稿準備中である。また、チャネルロドプシンとは逆に、光を照射するとナトリウムイオンを細胞外に排出するKrokinobacter rhodopsin2 (KR2)についてもその構造解析を行い、2.3Åという高分解能でその立体構造を決定することに成功した。得られた結晶構造と分光学的解析を組み合わせることで、このKR2とよばれるタンパク質がどのようにしてナトリウムイオンポンプという機能を獲得することが出来たのか、その分子基盤を解明することに成功した(現在投稿準備中。)

Last year に interpret し た チ ャ ネ ル ロ ド プ シ ン の close state に お け る crystallization structure に を yuan, "発 color 団 で あ る レ チ ナ ー ル molecular の beta イ オ ノ ン ring を back planning さ せ る こ と で チ ャ ネ ル ロ ド プ シ ン の 収 absorption wavelength を short wavelength side に シ フ ト さ せ る" と い う を new rules design method to sing し た. - variant を be interstate に as し, そ の 収 absorption, wound up ス ペ ク ト ル の measurement line を う こ と で design through り の - variant を cropping す る こ と に success and こ の - variant を with い て be interstate に raw き た マ ウ ス の god を 経 cells excited さ せ る こ と に も successful し た. More に, こ の - variant の structure line を う こ と で be interstate に レ チ ナ ー ル molecular の beta イ オ ノ ン ring が twist れ て い る こ と を Ming ら か に し, cropping し た - variant の wavelength シ フ ト が の reasons, theory り レ チ ナ ー ル molecular の twist れ に よ っ て lead き up こ さ れ て い る こ と を prove し た. More に, チ ャ ネ ル ロ ド プ シ ン の he の ロ ド プ シ ン に つ い て も が with design method for out る こ と を be し, this technique が hiroo く ロ ド プ シ ン の wavelength シ フ ト - variant を cropping す る interstate の common な method と し て may use で あ る こ と を shown し た. Now れら れら れら results をまとめて submission preparation である. ま た, チ ャ ネ ル ロ ド プ シ ン と は inverse を に, light irradiation す る と ナ ト リ ウ ム イ オ ン を extracellular discharge に す る Krokinobacter rhodopsin2 (KR2) に つ い て も そ の tectonic line analytical を い, 2.3 A と い う high decomposition can で そ の three-dimensional structure を decided す る こ と に successful し た. Have ら れ た crystal structure と spectroscopy analytic を group み close わ せ る こ と で, こ の KR2 と よ ば れ る タ ン パ ク qualitative が ど の よ う に し て ナ ト リ ウ ム イ オ ン ポ ン プ と い う function を get す る こ と が out た の か, そ の molecular base plate を interpret す る こ と に successful し た (now contribute to prepare.

项目成果

X-ray crystallographic analysis of channelrhodopsin, light-gated cation channel.(演題番号2T7pI-6)

通道视紫红质、光门控阳离子通道的 X 射线晶体分析。（演示编号 2T7pI-6）

• 发表时间: 2011
• 作者: 岩崎美希;梶原順;生悦住茉友;古林真衣子;斎藤恭一;梅野太輔;加藤英明
• 通讯作者: 加藤英明

Structural and computational analyses of channelrhodopsin, a light-gat ed cation channel (Poster 056)

视紫红质通道（一种光门控阳离子通道）的结构和计算分析（海报 056）

• 发表时间: 2013
• 作者: Hideaki E. Kato;Mizuki Takemoto;Michio Koyama;Jumpei Ito;Shigehiko Hayashi;Andres D. Maturana;Karl Deisseroth;Ryuichiro Ishitani and Osamu Nureki
• 通讯作者: Ryuichiro Ishitani and Osamu Nureki

Crystal structure of channelrhodopsin, a light-gated cation channel - all cations lead through the monomer.

• DOI: 10.2142/biophysics.9.57
• 发表时间: 2013
• 期刊: Biophysics (Nagoya-shi, Japan)
• 作者: Kato HE;Nureki O
• 通讯作者: Nureki O

Crystal structure of channelrhodopsin, a light-gated cation channel

视紫红质通道（一种光门控阳离子通道）的晶体结构

• 发表时间: 2012
• 作者: Furubayashi M;Umeno D;藤田英伸;加藤英明
• 通讯作者: 加藤英明

オプトジェネティクス-光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線- 1編1章1節 チャネルロドプシンの構造機能解析

光遗传学 - 利用光学工程和遗传学的行为控制技术的前沿 - 第 1 卷，第 1 章，第 1 节视紫红质通道的结构和功能分析

• 发表时间: 2013
• 作者: 加藤英明;石谷隆一郎;濡木理
• 通讯作者: 濡木理