Elucidation of protein molecular basis in the information transmission mechanism of magnetoreception

阐明磁感受信息传递机制中的蛋白质分子基础

基本信息

批准号：
21K06093
负责人：
新井栄揮
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institutes for Quantum Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁場の方位や強さを知覚する感覚である「磁覚」は、鳥類を始めとする多くの動物の行動（渡り・帰巣・採餌・繁殖等）に利用されている。近年の研究では、網膜細胞上の蛋白質クリプトクロム（CRY）が青色光受容時に量子磁気センサーとして機能しうることが明らかにされつつある。しかし、CRYと相互作用して磁場情報を神経系に伝達するCRY受容体、もしくは、CRYの磁場感受機能を補助するCRY受容体は特定されていない。本研究では、複数のCRY受容体候補蛋白質を調製し、磁場感受機能発揮時のCRYを認識するCRY受容体の特定を目指す。2022年度は、2021年度に作製に成功したヨーロッパコマドリ由来erCRY4とerCRY4受容体候補の一種である電位依存性カリウムチャンネルサブファミリーV細胞内ドメイン2（erKCNV2-2）の相互作用を精査した。リアルタイムPCRの技術を応用し、青色光照射下における①erCRY4単独、②erKCNV2-2単独、③erCRY4/erKCNV2-2混合液の熱安定性を評価した結果、③の熱転移温度は①よりも2℃程度、②よりも5℃程度、それぞれ上昇していた。この熱安定性の向上から、erCRY4とerKCNV2-2が青色光照射時に相互作用することが示唆された。一方、カワラバト由来clCRY4と相互作用することが明らかにされている鉄硫黄クラスター輸送蛋白質clISCA1は、erCRY4と混合しても熱転移温度の変化は0.3℃程度であった。この結果から、CRY4とISCA1は生物種を超えた交差反応を生じない可能性や、生物種によってCRY4受容体の種類が異なる可能性も明らかになった。更に、erCRY4とerKCNV2-2が相互作用することでerCRY4が多量体化する可能性を示すX線小角散乱(SAXS)の実験結果が得られており、現在詳細を解析中である。

“磁感”，即感知磁场方向和强度的感觉，被包括鸟类在内的许多动物在其行为（迁徙、归巢、觅食、繁殖等）中使用。最近的研究表明，当接收到蓝光时，视网膜细胞上的隐花色素（CRY）蛋白可以充当量子磁传感器。然而，与CRY相互作用将磁场信息传递到神经系统的CRY受体，或者辅助CRY磁场传感功能的CRY受体尚未被鉴定。在本研究中，我们将制备多种CRY受体候选蛋白，旨在鉴定在发挥磁场传感功能时识别CRY的CRY受体。在 2022 财年，我们研究了我们在 2021 财年成功创建的欧洲知更鸟衍生的 erCRY4 与电压门控钾通道亚家族 V 胞内结构域 2 (erKCNV2-2)（一种 erCRY4 受体候选者）之间的相互作用。应用实时PCR技术，评估了①单独的erCRY4、②单独的erKCNV2-2和③erCRY4/erKCNV2-2混合物在蓝光照射下的热稳定性，结果，③的热转变温度约为2℃。各温度均比②高5℃左右。这种改善的热稳定性表明 erCRY4 和 erKCNV2-2 在蓝光照射下相互作用。另一方面，铁硫簇转运蛋白 clISCA1 已被证明与岩鸽的 clCRY4 相互作用，即使与 erCRY4 混合，其热转变温度也显示出约 0.3°C 的变化。这些结果还揭示了CRY4和ISCA1不会跨物种发生交叉反应的可能性，并且CRY4受体的类型因物种而异。此外，小角X射线散射（SAXS）实验结果表明erCRY4可能通过erCRY4和erKCNV2-2之间的相互作用进行多聚化，目前正在分析细节。