X線結晶構造解析に基づく改変型チャネルロドプシンの創出

基于 X 射线晶体结构分析创建修饰的视紫质通道蛋白

• 批准号: 11J06643
• 负责人: 加藤 英明
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06643/
• 关键词: 構造生物学; X線結晶構造解析; チャネルロドプシン; ロドプシン; 光遺伝学; 神経生物学; 陽イオンチャネル; ナトリウムポンプ

一昨年度に解明したチャネルロドプシンの閉状態における結晶構造を元に、「発色団であるレチナール分子のβイオノン環を回転させることでチャネルロドプシンの吸収波長を短波長側にシフトさせる」という新規設計法を提唱した。変異体を実際に作製し、その吸収・励起スペクトルの測定を行うことで設計通りの変異体を作製することに成功、この変異体を用いて実際に生きたマウスの神経細胞を興奮させることにも成功した。更に、この変異体の構造解析を行うことで実際にレチナール分子のβイオノン環が捻れていることを明らかにし、作製した変異体の波長シフトの原因が、理論通りレチナール分子の捻れによって引き起こされていることを証明した。更に、チャネルロドプシン以外の他のロドプシンについても同設計法が適用出来ることを実証し、本手法が広くロドプシンの波長シフト変異体を作製する際の普遍的な方法として利用可能であることを示した。現在これらの結果をまとめて投稿準備中である。また、チャネルロドプシンとは逆に、光を照射するとナトリウムイオンを細胞外に排出するKrokinobacter rhodopsin2 (KR2)についてもその構造解析を行い、2.3Åという高分解能でその立体構造を決定することに成功した。得られた結晶構造と分光学的解析を組み合わせることで、このKR2とよばれるタンパク質がどのようにしてナトリウムイオンポンプという機能を獲得することが出来たのか、その分子基盤を解明することに成功した(現在投稿準備中。)

基于两年前阐明的封闭状态下通道旋转的晶体结构，提出了一种新的设计方法，其中“可旋转的视网膜分子的β-离子酮环，一种发色团，将通道Rhopopsin的吸收波长转移到短波长方面。”通过实际创建一个突变体并测量其吸收和激发谱，我们能够创建一个被设计的突变体，并且我们还成功地使用了该突变体来激发实际活着的小鼠的神经元。此外，通过对该突变体进行结构分析，揭示了视网膜分子的β-离子酮环实际上是扭曲的，并且正如理论所暗示的那样，事实证明，所产生的突变体的波长移动的原因是由视网膜分子扭曲引起的。此外，我们证明可以将相同的设计方法应用于ChannelRhopopsin以外的其他若申蛋白，表明该方法可以广泛用作创建Rhodopsin的波长移位突变体的通用方法。我们目前正在准备将这些结果发布在一起。此外，与通道旋转相比，我们还对Krokinobacter Rhodopsin2（KR2）进行了结构分析，该结构分析在暴露于光线时从外部排出钠离子，并成功地确定了其三维结构，高分辨率为2.3Å。通过结合获得的晶体结构和光谱分析，我们成功地阐明了该蛋白质KR2如何获取钠离子泵的功能（目前正在制备中）的分子基础。

项目成果

X-ray crystallographic analysis of channelrhodopsin, light-gated cation channel.(演題番号2T7pI-6)

通道视紫红质、光门控阳离子通道的 X 射线晶体分析。（演示编号 2T7pI-6）

• 发表时间: 2011
• 作者: 岩崎美希;梶原順;生悦住茉友;古林真衣子;斎藤恭一;梅野太輔;加藤英明
• 通讯作者: 加藤英明

Structural and computational analyses of channelrhodopsin, a light-gat ed cation channel (Poster 056)

视紫红质通道（一种光门控阳离子通道）的结构和计算分析（海报 056）

• 发表时间: 2013
• 作者: Hideaki E. Kato;Mizuki Takemoto;Michio Koyama;Jumpei Ito;Shigehiko Hayashi;Andres D. Maturana;Karl Deisseroth;Ryuichiro Ishitani and Osamu Nureki
• 通讯作者: Ryuichiro Ishitani and Osamu Nureki

Crystal structure of channelrhodopsin, a light-gated cation channel

视紫红质通道（一种光门控阳离子通道）的晶体结构

• 发表时间: 2012
• 作者: Furubayashi M;Umeno D;藤田英伸;加藤英明
• 通讯作者: 加藤英明

オプトジェネティクス-光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線- 1編1章1節 チャネルロドプシンの構造機能解析

光遗传学 - 利用光学工程和遗传学的行为控制技术的前沿 - 第 1 卷，第 1 章，第 1 节视紫红质通道的结构和功能分析

• 发表时间: 2013
• 作者: 加藤英明;石谷隆一郎;濡木理
• 通讯作者: 濡木理

チャネルロドプシンの構造解析を通じて視る脂質キュービック法

通过视紫质通道蛋白的结构分析看到脂质立方法

• 发表时间: 2012
• 作者: Furubayashi M;Umeno D;藤田英伸;加藤英明;Furubayashi M;加藤英明
• 通讯作者: 加藤英明