赤外分光を用いた酵素型ロドプシンの光反応ダイナミクス解明

酵素ロドプシンは、光を受容するロドプシンドメインと、触媒反応を担う酵素ドメインから構成される膜タンパク質であり、光で細胞内シグナル伝達物質を産生または加水分解することができる。この性質は近年爆発的に普及している光遺伝学への新たな応用ツールとして期待されている。さらに、酵素ロドプシンは紫外光から近赤外光に至る非常に広範な吸収波長の多様性があり、現在注目されているロドプシンファミリーである。一方、空間的に離れた酵素ドメインがどのように活性化されているのか、という詳細な分子メカニズムの理解は不十分であった。そこで、昨年は高速な分子の動きをとらえることが可能な時間分解赤外分光法を用いて酵素ロドプシンの1つであるロドプシングアニル酸シクラーゼ（Rh-GC）の光誘起されたタンパク質の変化を測定し、各ドメインをつなぐリンカーおよび酵素ドメイン由来と考えられる信号をとらえることに成功した。現在データを追加して論文を作成中である。また、2020年に我々が報告した新規酵素ロドプシンの論文中で見出された新たな波長制御残基について、変異体測定および他微生物ロドプシンとの比較を行うことでそのメカニズムを明らかにした。本研究成果については現在論文投稿中である。加えて、近赤外吸収酵素ロドプシン（NeoR）において、発色団であるレチナールの光異性化反応を測定したところ、これまでの微生物ロドプシンでは報告のない全トランスから7シスへの異性化反応が観測された。この結果には、世界中のロドプシン研究者が驚き、昨年11月に行われたレチナールタンパク質国際会議では、多くの研究者から賞賛を受けた。本研究成果は2022年10月に米国化学会に掲載されている。総じて、本年は赤外分光法を基軸に紫外可視分光法、HPLC、核磁気共鳴法など様々な手法を組み合わせることで、世界中の研究者の興味を引く結果を発表することができた。

酵素ロドプシンは、光を受容するロドプシンドメインと、触媒反応を担う酵素ドメインから構成される膜タンパク質であり、光で細胞内シグナル伝達物質を産生または加水分解することができる。この性質は近年爆発的に普及している光遺伝学への新たな応用ツールとして期待されている。さらに、酵素ロドプシンは紫外光から近赤外光に至る非常に広範な吸収波長の多様性があり、現在注目されているロドプシンファミリーである。一方、空間的に離れた酵素ドメインがどのように活性化されているのか、という詳細な分子メカニズムの理解は不十分であった。そこで、昨年は高速な分子の動きをとらえることが可能な時間分解赤外分光法を用いて酵素ロドプシンの1つであるロドプシングアニル酸シクラーゼ（Rh-GC）の光誘起されたタンパク質の変化を測定し、各ドメインをつなぐリンカーおよび酵素ドメイン由来と考えられる信号をとらえることに成功した。現在データを追加して論文を作成中である。また、2020年に我々が報告した新規酵素ロドプシンの論文中で見出された新たな波長制御残基について、変異体測定および他微生物ロドプシンとの比較を行うことでそのメカニズムを明らかにした。本研究成果については現在論文投稿中である。加えて、近赤外吸収酵素ロドプシン（NeoR）において、発色団であるレチナールの光異性化反応を測定したところ、これまでの微生物ロドプシンでは報告のない全トランスから7シスへの異性化反応が観測された。この結果には、世界中のロドプシン研究者が驚き、昨年11月に行われたレチナールタンパク質国際会議では、多くの研究者から賞賛を受けた。本研究成果は2022年10月に米国化学会に掲載されている。総じて、本年は赤外分光法を基軸に紫外可視分光法、HPLC、核磁気共鳴法など様々な手法を組み合わせることで、世界中の研究者の興味を引く結果を発表することができた。