Electron spin resonance study on the photo-induced structural change of the cryptochrome from Europian Robin.

欧洲知更鸟隐花色素光致结构变化的电子自旋共振研究。

基本信息

批准号：
21K14581
负责人：
長嶋宏樹
金额：
$ 3万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

クリプトクロムは動物の磁気感受の第一候補タンパク質である。クリプトクロムは青色光を吸収して,光誘起電荷分離反応によりラジカルペアを形成する。ラジカルペアの磁場効果により,磁場を感じることができるのだと考えられている。しかしクリプトクロムが,“ラジカルペアを形成した後にどのような構造変化を起こしているのか”はわかっておらず,その磁場を感じた後のシグナルがどのようにして送られて鳥の脳に伝わっているかは全くの未解明である。本研究は,それらの地磁気効果の後のメカニズムを明らかにするために,ラジカルを観測可能な電子スピン共鳴を用い,光で形成されるラジカルおよびスピンラベルされたタンパク質の観測を行うものである。本研究で計画した実験の遂行については新型コロナウィルスの影響と世界的な半導体の不足のために遅れている。その代わりに,クリプトクロムをはじめとするタンパク質へのスピンラベリング法の再検討をおこなった。本計画では,システインをターゲットとしたスピンラベル法を想定していたが,システイン残基はクリプトクロムのメカニズムに重要な役割を果たしている可能性があると考えられる。そこで,システインへのスピンラベルに代わる方法を検討し, 1. 金属を使ったラベル法, 2. クリックケミストリーを利用したラベル法, 3. 酵素を使ったラベル法の３種類を検討した。2の有機合成については有機合成のための設備を立ち上げて, 実際の合成に着手した。またクリプトクロムの精製に成功した。大量のクリプトクロムの合成が完了すれば部位特異的変異によるラベルによる構造解析に取り組む予定である。

隐花色素是第一个用于动物磁感应的候选蛋白质。隐花色素吸收蓝光并通过光诱导电荷分离反应形成自由基对。人们认为，我们可以通过自由基对的磁场效应来感知磁场。然而，目前尚不清楚隐花色素在形成自由基对后会发生什么样的结构变化，以及感应到磁场后的信号如何发送并传输到鸟类大脑中，情况是否如此，完全不得而知。在这项研究中，我们将利用可以观察自由基的电子自旋共振来观察光和自旋标记蛋白质形成的自由基，以阐明这些地磁效应背后的机制。由于新型冠状病毒的影响和全球半导体短缺，这项研究计划的实验执行被推迟。相反，我们重新检查了包括隐花色素在内的蛋白质的自旋标记方法。在这个项目中，我们假设了一种针对半胱氨酸的自旋标记方法，并且认为半胱氨酸残基可能在隐花色素的机制中发挥重要作用。因此，我们研究了三种替代半胱氨酸自旋标记的方法：1.使用金属标记，2.使用点击化学标记，以及3.使用酶标记。关于有机合成(2)，我们设置了有机合成设备并开始了实际合成。他还成功纯化了隐花色素。一旦我们完成了大量隐花色素的合成，我们计划通过定点突变利用标记进行结构分析。