光受容タンパク質の構造と機能の理論的研究

光感受器蛋白结构与功能的理论研究

基本信息

批准号：
09J05578
负责人：
渡辺宙志
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の研究成果は大きく2つに分けられる。第一はロドプシンの波長制御である。視覚を司るロドプシンの吸収波長は、生物種によって異なり、生物の生息環境に応じて最適化されている。その吸収波長の制御機構の解析が、本研究の目的である。具体的にはアナゴロドプシンを対象に用いた。当該タンパク質は、従来のものとは異なる、長距離型の波長制御機構を持つことが近年報告された。本研究では、ホモロジーモデリングと分子動力学計算の手法を用いて、分子構造を構築および精製した後、量子力学計算手法を用いて吸収波長を算出した。結果これら結果に対して、主成分解析を応用し、制御機構を説明することに成功した。第二はチャネルロドプシンの構造モデルを構築したことである。当該タンパク質は、神経の情報伝達機構を解析する手段や、盲目マウスの視覚の復元などに用いられている重要なタンパク質にも関わらず、その分子構造が未知であったために、分子レベルでの解析や応用が十分に行われていなかった。本研究において私は、当該タンパク質にアミノ酸配列レベルで特徴的なパターンがあり、それを構造モデルの構築に応用できることを発見した。モデルされた構造に前項で述べた手法を応用したところ、実験的な光学的的特性が再現されたため、同モデルの精度が非常に信頼できることが示された。またこの後、同モデルをもとに行われた実験においても、モデルを支持する結果が得られている。

今年的研究成果大致可分为两部分。第一个是视紫红质的波长控制。负责视觉的视紫红质的吸收波长因物种而异，并根据生物体的生存环境进行优化。本研究的目的是分析吸收波长的控制机制。具体地，Anagorhodopsin被用作靶标。最近有报道称，这种蛋白质具有与传统机制不同的长程波长控制机制。在本研究中，我们利用同源建模和分子动力学计算来构建和细化分子结构，然后利用量子力学计算来计算吸收波长。结果：我们对这些结果应用主成分分析，并成功解释了控制机制。其次，我们构建了视紫红质通道蛋白的结构模型。虽然该蛋白是用于分析失明小鼠神经信息传递机制和恢复视力的重要蛋白，但其分子结构未知，因此在分子水平上分析很困难，应用也没有充分开展。在这项研究中，我发现所讨论的蛋白质在氨基酸序列水平上具有特征模式，可以用于构建结构模型。当将上一节中描述的方法应用于模型结构时，再现了实验光学特性，表明模型的准确性高度可靠。此外，使用同一模型进行的后续实验也得到了支持该模型的结果。