Development of light-driven neural devices

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新しいタイプの光駆動性イオンチャネルおよび光駆動性膜機能蛋白質を創製することを目的とする。光異性化を起こすアゾベンゼンを利用して、光によるイオンチャネル活性の制御を行う。共通する機能ドメインをターゲットにすることで、多くのイオンチャネルファミリーに適用できるため、これまでの光駆動性ツール(藻類由来チャネルロドプシン)にはない、ネイティブ神経チャネルの高いイオン選択性と軸索細胞膜局在・アクセサリー分子の会合を保つ光駆動性チャネルを次々に作成することが可能となる。これらの取り組みにより、分子構造や動作機構に立脚して戦略的に光駆動性チャネル・光駆動性膜蛋白を創製するプラットフォームを構築する。本年度は、BmGr9チャネルを用いて、さらに多くの光駆動性チャネルを手に入れることを試みた。網羅的に細胞外からアゾベンゼン誘導体がアクセスできる残基にCys変異を導入し、アゾベンゼンが架橋し光により駆動するチャネルを新たに数種類手に入れた。これまで手に入れた光駆動チャネルを用いて、アゾベンゼン誘導体の種類・長さを変えた実験を行い、適切な残基間架橋距離を見出した。電気生理学実験システムをプログラムした波長で自動で照射できる機器を組み合わせて改良を行い、実験の効率化を図った。出来上がった光駆動チャネルを用いて、イオンチャネルの開閉機構を検討した。残基間距離を測定することができたため、その距離情報をもとに構造モデル（開閉モデル）を作成することに成功した。また、光照射ゲーティングと、リガンド感受ゲーティングを比較検討・実験を行うことにより、リガンド感受ゲーティングの仕組みに迫る結果を得ることができた。分子動力学計算により、BmGr9チャネルの定常状態の構造をシミュレーションした。今後、光駆動実験で得られた残基間距離情報をもとに、ゲーティングモデルを構築しシミュレーションする予定である。