新規光駆動ナトリウムポンプのイオン識別機構の解明と光操作技術への応用

新型光驱动钠泵离子识别机制的阐明及其在光操控技术中的应用

• 批准号: 14J40214
• 负责人: 吉住 玲
• 金额: $ 3.16万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J40214/
• 关键词: 生物物理; イオン輸送; ロドプシン; 膜タンパク質; 光受容; ナトリウムポンプ

本研究は、2013年に発見されたばかりで分子メカニズムは不明な点が多い、新規光駆動ナトリウムポンプのイオン識別機構を明らかにしようとしている。(1)分子レベルでの解析：BRにおいて機能に重要なD85とD96が、KR2ではそれぞれN112、Q123という特異的な配列になっている。2015年に解かれたKR2の結晶構造より、我々はD116の配向が変化し、Na+の輸送経路を形成するフリップモデルを提唱した。モデルにおいて重要なN112に着目し、19種の変異体を作製、ポンプ活性を測定した。19種はWTと同様のNa+/H+ハイブリッドポンプ(N112D,G,S,T)、H+ポンプ(N112A,C,P,V,E,Q,I,L,M,F,W)、ポンプ機能なし(N112H,K,Y,R)の3グループに分けられた。N112はNa+とH+のイオン選択性やポンプ機能そのものに、重要な役割を担っていることが明らかとなった。(2)細胞レベルでの解析：KR2の保持菌Krokinobacter eikastusの近縁種Nonlabens dokdonesis DSW-6はProteorhodopsin(PR)とNaRの二つのロドプシン遺伝子を有している。ポンプ活性を測定すると、光駆動H+ポンプ活性が検出され、その活性は生育時期によって変化していた。この変化がPRの発現量やPR分子における比活性によるのかを明らかにするため、PRの発現量と光反応サイクルを測定したところ、どちらも生育時期に依存せず一定であった。これは、PRがN. dokdonesis DSW-6において恒常的に発現し、一定の活性を保持することを示している。一方で、N. dokdonesis DSW-6細胞全体における光駆動H+ポンプ活性が変化することは、PR分子と共役して働く他のtransporterがある可能性が考えらえる。

This study was published in 2013. The molecular structure is unknown. The new optical structure is unknown. The identification mechanism is obvious. (1)Molecular analysis: BR function is important, D85 and D96 are important, KR2 is important, N112 and Q123 are important, and special. In 2015, the crystal structure of KR2 was changed, and the Na+ transport channel was formed. N112, 19 species of heterozygotes were tested for their activity. 19 kinds of WT and the same Na+/H+(N112D,G,S,T), H+(N112A,C,P,V,E,Q,I,L,M,F,W),(N112H,K,Y,R) and three kinds of N112 Na+ H+ is the most important element in the selection process. (2)Cell cycle analysis: Krokinobacterium eikastus, a close relative of KR2, has a non-labens dokdonesis DSW-6, Proteorhodopsin(PR) and NaR. The activity of H+ ions was measured by UV, UV, and UV. The amount of PR produced by this reaction depends on the specific activity of the PR molecule, and the amount of PR produced by this reaction depends on the growth period.これは、PRがN. dokdonesis DSW-6 shows constant occurrence and maintenance of certain activity. One side, N. dokdonesis DSW-6 cells as a whole photodynamic H+ transporter activity

项目成果

光駆動ナトリウムポンプKR2の多量体形成に関わるアミノ酸残基の同定

光驱动钠泵 KR2 多聚化涉及的氨基酸残基的鉴定

• 发表时间: 2016
• 作者: 吉住 玲;伊藤奨太;井上圭一;神取秀樹
• 通讯作者: 神取秀樹

A Chimera Na+-Pump Rhodopsin as an Effective Optogenetic Silencer.

• DOI: 10.1371/journal.pone.0166820
• 发表时间: 2016
• 期刊: PloS one
• 影响因子: 3.7
• 作者: Hoque MR;Ishizuka T;Inoue K;Abe-Yoshizumi R;Igarashi H;Mishima T;Kandori H;Yawo H
• 通讯作者: Yawo H

Oligomerization of light-driven sodium pump KR2 is important for ion transport activity

光驱动钠泵 KR2 的低聚对于离子传输活性很重要

• 发表时间: 2016
• 作者: Rei Abe-Yoshizumi;Shota Ito;Mikihiro Shibata;Keiichi Inoue;Takayuki Uchihashi;Hideki Kandori
• 通讯作者: Hideki Kandori

The extracellular pH dependency of transport activity by light-driven sodium ion pump

光驱动钠离子泵转运活性的细胞外pH依赖性

• 发表时间: 2014
• 作者: R. Abe-Yoshizumi;Y. Kato;K. Inoue;H. Kandori
• 通讯作者: H. Kandori

Role of Asn112 for transport activity by a light-driven sodium ion pump

Asn112 在光驱动钠离子泵运输活动中的作用

• 发表时间: 2015
• 作者: Rei Abe-Yoshizumi;Keiichi Inoue;Hideaki Kato;Osamu Nureki and Hideki Kandori
• 通讯作者: Osamu Nureki and Hideki Kandori