光照射固体ＮＭＲによるセンサリーロドプシンのレチナール－蛋白質間相互作用の解明

通过光照射固态核磁共振阐明感觉视紫红质的视网膜-蛋白质相互作用

• 批准号: 16J00073
• 负责人: 槇野 義輝
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00073/
• 关键词: 光照射固体NMR; センサリーロドプシン; 化学シフト値計算; レチナール; 膜タンパク質; フォトサイクル; DFT; 量子化学計算; ロドプシン

本研究課題は微生物の走光性を担う光受容膜タンパク質であるセンサリーロドプシンの光信号伝達機構を解明するべく、発色団レチナールの構造変化およびレチナール－蛋白質間相互作用を明らかにすることを目的として遂行された。平成29年度においては、独自に開発したIn situ光照射固体NMRを用いてセンサリーロドプシンの光中間体を補足し、得られた光中間体レチナールの化学シフト値とその配座の関係性についてDFT計算を用いて明らかにすることで、発色団レチナールの詳細な構造の決定した。光照射固体NMRにおける光中間体の観測に関しては、レチナールの13C=14C結合のtrans/cis配座変化と相関があるレチナール20位のメチル炭素および15C=Nε結合のsyn/anti配座変化と相関のある14位の炭素原子を13C安定同位体標識したレチナールを保持した膜タンパク質、センサリーロドプシンを用いて行った。その結果、センサリーロドプシンの1つであるファラオニスフォボロドプシン（ppR）に関して－60℃の温度条件にて既存に報告されているM中間体とは化学シフト値の異なるN’中間体の補足に成功した。また、光照射固体NMRに関しては光源のLEDの波長を用意に切り替えることのできるシステムを構築し、主としてM中間体に対する近紫外光（365 nm）照射によってM中間体からO中間体への変換が促進される反応経路が明らかとなった。さらに、DFT計算の結果からO中間体の配座は13-trans,15-syn型であることを解明した。ppRのO中間体の固体NMRによる補足は本研究が初めての観測例である。また、同様のDFT計算の結果からN'中間体は13-cis配座から大きくねじれた構造をとっている事も明らかとなった。まとめとして、本研究では上記の結果を踏まえ、N'中間体を含んだ新規の光反応過程を提唱している。

This study aims to clarify the structural transformation of photoreceptors and photoreceptors in microorganisms, and to clarify the interaction between photoreceptors and photoreceptors. In 2009, the company independently developed In situ light irradiation solid state NMR for the determination of the detailed structure of optical intermediates, including chemical intermediates, coordination values, DFT calculations, etc. Light irradiation solid-state NMR detection of optical intermediates related to trans/cis ligand conversion and correlation of 13C = 14C binding to carbon atom at position 20 and syn/anti ligand conversion and correlation of carbon atom at position 14 to 13C stable isotope identification. As a result, the M intermediate and the N 'intermediate were successfully completed under the temperature condition of-60℃. Solid-state NMR under light irradiation is related to the wavelength of the LED light source, and the conversion of the M intermediate to O intermediate is promoted by irradiation of near-ultraviolet light (365 nm). The DFT calculation results show that the ligand of O intermediate is 13-trans,15-syn type. Solid state NMR of ppR O intermediate is complementary to that of this study. The DFT calculation results of the same structure show that the intermediate is 13-cis. In this study, the results of the previous study were summarized as follows: N'intermediate, including new optical reaction process.

项目成果

Structural changes of retinal in sensory rhodopsin II as revealed by in-situ photo-irradiation solid-state NMR (Poster)

原位光照射固态核磁共振揭示感觉视紫红质 II 中视网膜的结构变化（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: Yoshiteru Makino;Izuru Kawamura;Takashi Okitsu;Akimori Wada;Yuki Sudo;Naoki Kamo;Akira Naito and Kazuyoshi Ueda
• 通讯作者: Akira Naito and Kazuyoshi Ueda

センサリーロドプシンのレチナール構造変化に対する13C NMR化学シフト値計算

13C NMR化学位移值计算感觉视紫红质视网膜结构变化

• 发表时间: 2017
• 作者: 槙野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義

光照射固体NMRによるセンサリーロドプシンIIの光反応過程における光中間体構造の解明（ポスター）

使用光照射固态核磁共振阐明传感视紫红质 II 光反应过程中光中间体的结构（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: 槇野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;加茂直樹;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義

Conformational changes in retinal of sensory rhodopsin as revealed by in-situ photo-irradiation solid-state NMR and chemical shift calculation (Poster)

原位光照射固态核磁共振和化学位移计算揭示视网膜感觉视紫红质的构象变化（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: Yoshiteru Makino;Izuru Kawamura;Takashi Okitsu;Akimori Wada;Yuki Sudo;Naoki Kamo;Akira Naito and Kazuyoshi Ueda
• 通讯作者: Akira Naito and Kazuyoshi Ueda

13C NMR化学シフト値計算によるセンサリーロドプシンの光中間体におけるレチナール構造の解析

通过 13C NMR 化学位移值计算分析感觉视紫红质光中间体中的视网膜结构

• 发表时间: 2017
• 作者: 槙野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義