光遺伝学を神経科学以外の生物学へと大きく拡張する鍵となる超長波長光受容体の発見

超长波长光感受器的发现是极大地将光遗传学扩展到神经科学之外的生物学的关键

• 批准号: 22KJ0750
• 负责人: 三宅 敬太
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0750/
• 关键词: 光遺伝学; 光受容タンパク質; 近赤外光; メタゲノム

光遺伝学技術は、光によって活性化されるタンパク質分子を特定の細胞に発現させ、その活性分子の機能を光で制御することができる技術であり、現在、神経学分野で広く活用されています。しかし、既存の光活性化タンパク質は、組織深部への光透過性が低くかつ組織への光毒性が高い、短波長の青色光で制御される、という問題があります。本研究では、光遺伝学技術を生物学全体に普及させるため、組織深部への透過が高く、組織への光毒性が低い、遠赤外から近赤外の長波長領域の光に注目し、その領域の光を感知する新規な光受容体シアノバクテリオクロム（CBCR）の発見を研究目的としています。当該年度では、2年目に予定している光受容体探索に使用するデータセットの作成を中心に行い、これまでに報告されている110種類のCBCR分子に関して、その結合色素種、感知波長領域、色素との結合効率、タンパク質のアミノ酸配列情報を収集し、まとめました。また、長波長感知光受容体は、長波長環境下という特徴的な環境におけるメタゲノム配列に分布していると推測し、特徴的な光環境に存在するDNA配列（メタゲノム情報）からの探索を行っていく。すでに特徴的な光環境の候補の1つである長野県中房温泉の微生物マットを採取し、DNA抽出と16sアンプリコン解析まで完了しています。これらの成果は、今後予定しているCBCR分子の特性を推定する予測機の構築や、その予測機を用いた特徴的な光環境中のDNA配列からの新規光受容体探索に取り組む上で重要な情報となります。

光遗传学技术是一种让光激活的蛋白质分子在特定细胞中表达，并且活性分子的功能可以受光控制的技术，目前广泛应用于神经病学领域。然而，现有的光激活蛋白存在受短波长蓝光控制的问题，其对组织深处的光穿透力较低，并且对组织具有较高的光毒性。在这项研究中，为了将光遗传学技术传播到整个生物学中，我们重点研究了从远红外到近红外的长波长区域的光，这种光对深层组织的穿透力高，并且对组织的光毒性低。发现一种新的光感受器——蓝细菌色素（CBCR），它可以感知该区域的光。在本财年，我们重点创建了计划用于第二年的光感受器搜索的数据集，并分析了迄今为止已报道的 110 种 CBCR 分子的结合色素类型和敏感波长范围，收集并总结与染料的结合效率以及蛋白质氨基酸序列信息。此外，我们假设长波长传感光感受器分布在特征长波长环境中的宏基因组序列中，并根据特征光环境中存在的DNA序列（宏基因组信息）进行了搜索。我们已经从特征光环境候选之一的长野县中房温泉采集了微生物垫，并完成了DNA提取和16s扩增子分析。这些结果对于我们计划在未来构建估计 CBCR 分子特性的预测机以及使用该预测机在特征光环境中从 DNA 序列中寻找新的光感受器非常重要。是信息。