Time-Resolved Ultraviolet Resonance Raman Study of Photochemical Reaction of UV-B Photoreceptor Proteins

UV-B 感光蛋白光化学反应的时间分辨紫外共振拉曼研究

• 批准号: 18J01307
• 负责人: 田原 進也
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Tohoku University (2020)Osaka University (2018-2019)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J01307/
• 关键词: 時間分解紫外共鳴ラマン分光法; ミオグロビン; 原子間接触; 紫外光受容タンパク質; 紫外共鳴ラマン分光法

本年度はUVR8のマイクロ秒から秒の時間領域のタンパク質構造ダイナミクスを観測する実験を行う予定であった。特に野生型UVR8の芳香族アミノ酸の時間分解紫外共鳴ラマンスペクトルを取得し、光反応中間体を検出したいと計画していた。そしてこれを基にUVR8の機能発現機構と生理機能を考察する計画であった。しかし本年度は新型コロナウィルス流行による大阪大学の入構制限や申請者の東北大学への異動が重なり、研究が思うように進まなかった。特に芳香族アミノ酸の時間分解紫外共鳴ラマン分光測定は大阪大学水谷研究室でしか行えないため、本研究計画を遂行するのは極めて困難な状況であった。本研究課題については、県外移動や大学入構等の制限が撤廃された段階で再開したいと考えている。一方で本研究課題と並行し、ヘムタンパク質ミオグロビンのピコ秒領域の動作機構に関する研究を行ってきた。ミオグロビンのヘムの鉄原子には一酸化炭素が結合する。ヘムを光励起すると、一酸化炭素が解離し、ヘム近傍のEヘリックスが動くことが知られていた。本研究では野生型ミオグロビンとV68A変異体のEヘリックスの動きをピコ秒時間分解紫外共鳴ラマン分光法により観測した。その結果、この動きが一酸化炭素とEヘリックスのVal68側鎖とのファンデルワールス接触の解消によるものであることが初めて明らかとなった。これは超高速のタンパク質ダイナミクスが原子間の接触変化によって駆動され得ることを初めて示した成果である。

今年，我们计划进行一个实验，以观察UVR8时域中从微秒到第二的蛋白质结构动力学。特别是，我们计划获得野生型UVR8的芳族氨基酸的时间分辨紫外线共振拉曼光谱并检测光反应中间体。基于此，计划是考虑UVR8功能表达和生理功能的机理。但是，由于冠状病毒疫情的爆发，对大阪大学的入学限制以及将申请人转移到东北大学的限制恰逢增加冠状病毒大流行，因此这项研究并未按预期进行。特别是，只有在大阪大学的米佐塔尼实验室才能进行芳香氨基酸的紫外线共振拉曼光谱，因此该研究项目极难执行。关于这个研究主题，我们想恢复对县外旅行和大学入口的限制。另一方面，与该研究主题同时，我们一直在进行有关在血红素蛋白肌红蛋白的皮秒区域操作机理的研究。一氧化碳粘合到肌红蛋白血红素的铁原子上。众所周知，血红素的光激发碳一氧化碳分离并移动血红素附近的电子螺旋。在这项研究中，通过picsecond TimeSolved Ultaviolet共振拉曼光谱观察到了野生型肌红蛋白和V68A突变体的E螺旋的运动。结果，首先揭示了这种运动是由于碳一氧化碳和电子螺旋的Val68侧链之间的去除造成的。这是原子之间的接触变化首次可以通过接触变化来驱动超快蛋白质动力学。

项目成果

Origin of the Reactive and Nonreactive Excited States in the Primary Reaction of Rhodopsins: pH Dependence of Femtosecond Absorption of Light-Driven Sodium Ion Pump Rhodopsin KR2

视紫红质初级反应中反应性和非反应性激发态的起源：光驱动钠离子泵视紫红质 KR2 飞秒吸收的 pH 依赖性

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b01934
• 发表时间: 2018
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Tahara Shinya;Takeuchi Satoshi;Abe-Yoshizumi Rei;Inoue Keiichi;Ohtani Hiroyuki;Kandori Hideki;Tahara Tahei
• 通讯作者: Tahara Tahei

Nonbonded Atomic Contacts Drive Ultrafast Helix Motions in Myoglobin

非键合原子接触驱动肌红蛋白中的超快螺旋运动

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c04772
• 发表时间: 2020
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Shinya Tahara;Misao Mizuno;and Yasuhisa Mizutani
• 通讯作者: and Yasuhisa Mizutani

Universality of Ultrafast Protein Dynamics of Rhodopsins Revealed by Femtosecond Time-Resolved Ultraviolet Stimulated Raman Spectroscopy

飞秒时间分辨紫外受激拉曼光谱揭示视紫红质超快蛋白质动力学的普遍性

• 发表时间: 2019
• 作者: Shinya Tahara,Rika Kurihara,Keiichi Kojima;Hikaru Kuramochi;Satoshi Takeuchi;Yuki Sudo;Tahei Tahara
• 通讯作者: Tahei Tahara

Spectroscopic Study of Proton-Transfer Mechanism of Inward Proton-Pump Rhodopsin, Parvularcula oceani Xenorhodopsin

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b01279
• 发表时间: 2018-06-28
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Inoue, Keiichi;Tahara, Shinya;Kandori, Hideki
• 通讯作者: Kandori, Hideki

Ultrafast Dynamics of Heliorhodopsins

日光视紫红质的超快动力学

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b00887
• 发表时间: 2019
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Tahara Shinya;Singh Manish;Kuramochi Hikaru;Shihoya Wataru;Inoue Keiichi;Nureki Osamu;B?j? Oded;Mizutani Yasuhisa;Kandori Hideki;Tahara Tahei
• 通讯作者: Tahara Tahei