UK;市大卒業生)と国際共同研究グループらにより、海洋微生物の塩化物イオンポンプロドプシンの輸送機構の仕組みを世界で初めて解明することに成功しました。(optogenetics)のツール開発につながるため、今後、新しい再生医療や新薬開発の基礎的研究への貢献が期待されます。令和2年2月8日午前4時付)されました。地球全体のバイオマス生産の大半を占める海洋生態系の微生物は、地球の物質循環とエネルギーのバランス維持に重要な役割を果たしています。rhodopsin)の発見とその機能に関する研究は、植物のクロロフィルを用いた光合成反応が太陽エネルギーを生体エネルギーに捕獲する唯一の手段とされていた既存の概念に大きな変化をもたらしました。発色団)の構造変化を誘導し、イオンを膜内外に輸送する膜タンパク質です。海洋微生物(細菌)に存在するロドプシンの構造と機能の応用については、2000年に最初に発見された水素イオンポンプのプロテオロドプシンを対象とする研究が盛んに行われています。S1-08菌株で最初に報告され、塩化物イオンを細胞膜の外側から内側に輸送することが明らかになっていますが、その輸送機構や、その後のエネルギー生成機構の解明には至っていませんでした。Phase)法を用いてNM-R3結晶を得ました。その後、NM-R3結晶を低温(95K又は140K)の状態で緑色レーザー光(波長532nm)により分子を励起させ、反応機構の初期中間体の構造をトラップして、世界で初めて原子レベルで動画に収めることに成功しました。緑色レーザー光の強度(連続レーザーとパルスレーザー)や温度を変え、結晶内に照射し顕微分光法で測定すると、活性中心であるレチナール分子周辺の構造変化に伴うスペクトルが長波長へ移動(レッドシフト)していることが観察されました。*3)への変化は見られませんでした(図1.)。このことは、NM-R3が、これまでに知られている海洋微生物由来ロドプシンとは異なる反応機構を備えていることを示唆しています。電子密度分布の変化(赤、青の領域)がみられ、レーザー光照射によるレチナール(緑)周辺の構造変化が起こっている(右)。Cl-等のイオンポンプ)を持つ膜タンパク質の中で最も研究が進んでいる分子ですが、イオンポンプの輸送機構は今日まで解明されていませんでした。本共同研究グループは、上記の方法で、分子内に5個の塩化物イオンが細胞外から細胞質へ移動する経路を見つけることができました(図2.)。C105Aの変異体を作製し、酵素活性を測定すると、変異体では酵素活性の著しい変化が見られ、塩化物イオンの輸送経路を特定することができました。細胞外から、アミノ酸F90を経由し、レチナール分子周辺を通り細胞内へと導く、塩化物イオンの輸送経路を世界で初めて原子レベルで動画に収めることに成功しました。Phe90)変異体の酵素活性(塩化物イオンの輸送活性)の変化。野生型(WT)に対して変異体の酵素活性が変化しており、これらのアミノ酸が塩化物イオンの輸送経路に関わっていると考えられる。(中)ロドプシン分子内のレーザー光の照射前/照射時の差フーリエマップ。Cl-6を移動していることがわかる。今回、結晶に対して低温条件で波長や強度の異なるレーザーを照射し、その励起状態を解析する方法で、X線結晶構造解析等の静的な構造解明の概念を超えた反応動的な構造解析による分子動画を撮ることができ、塩化物イオンポンプロドプシンの輸送機構の解明に成功しました。今後も、このような手法により、光活性タンパク質の動く様子を原子レベルで捉えることで、将来の創薬分野や光遺伝学ツールの開発への応用も期待されます。光感受性のイオンチャンネル・酵素等を細胞や生体内に発現させて、それらの機能や形態形成等を光でコントロールする技術のこと。微生物型ロドプシン類による神経細胞の活動電位制御。結晶を作る方法のひとつ。水溶液とキュービック相と呼ばれる相になった脂質とを混合すると、水溶液が脂質で囲まれた水チャンネルが形成される。ここに膜タンパク質を混ぜると、キュービック相に再構成され、結晶ができる。より、ある化合物がその異性体に変化すること。支援を受けて遂行しました。Advances』に。