赤外分光を用いた酵素型ロドプシンの光反応ダイナミクス解明

使用红外光谱阐明酶促视紫红质的光反应动力学

基本信息

批准号：
22KJ1620
负责人：
杉浦雅大
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1620/
关键词：
ロドプシン酵素セカンドメッセンジャー赤外分光

项目摘要

酵素ロドプシンは、光を受容するロドプシンドメインと、触媒反応を担う酵素ドメインから構成される膜タンパク質であり、光で細胞内シグナル伝達物質を産生または加水分解することができる。この性質は近年爆発的に普及している光遺伝学への新たな応用ツールとして期待されている。さらに、酵素ロドプシンは紫外光から近赤外光に至る非常に広範な吸収波長の多様性があり、現在注目されているロドプシンファミリーである。一方、空間的に離れた酵素ドメインがどのように活性化されているのか、という詳細な分子メカニズムの理解は不十分であった。そこで、昨年は高速な分子の動きをとらえることが可能な時間分解赤外分光法を用いて酵素ロドプシンの1つであるロドプシングアニル酸シクラーゼ（Rh-GC）の光誘起されたタンパク質の変化を測定し、各ドメインをつなぐリンカーおよび酵素ドメイン由来と考えられる信号をとらえることに成功した。現在データを追加して論文を作成中である。また、2020年に我々が報告した新規酵素ロドプシンの論文中で見出された新たな波長制御残基について、変異体測定および他微生物ロドプシンとの比較を行うことでそのメカニズムを明らかにした。本研究成果については現在論文投稿中である。加えて、近赤外吸収酵素ロドプシン（NeoR）において、発色団であるレチナールの光異性化反応を測定したところ、これまでの微生物ロドプシンでは報告のない全トランスから7シスへの異性化反応が観測された。この結果には、世界中のロドプシン研究者が驚き、昨年11月に行われたレチナールタンパク質国際会議では、多くの研究者から賞賛を受けた。本研究成果は2022年10月に米国化学会に掲載されている。総じて、本年は赤外分光法を基軸に紫外可視分光法、HPLC、核磁気共鳴法など様々な手法を組み合わせることで、世界中の研究者の興味を引く結果を発表することができた。

酶视紫红质是一种膜蛋白，由接受光的视紫红质结构域和负责催化反应的酶结构域组成，可以利用光产生或水解细胞内的信号转导器。这一特性有望成为近年来爆炸性流行的光遗传学的新应用工具。此外，酶视紫红质具有从紫外光到近红外光的非常广泛的吸收波长多样性，并且是目前引起关注的视紫红质家族的一员。另一方面，空间分离的酶结构域如何被激活的详细分子机制尚未得到充分理解。去年，我们使用时间分辨红外光谱仪测量了视紫红质酰基环化酶（Rh-GC）（视紫红质酶之一）的光诱导蛋白质变化，该光谱仪能够捕获高速分子运动，他们成功地捕获了我们认为的信号。衍生自连接每个结构域和酶结构域的接头。我们目前正在添加数据并准备论文。此外，我们通过测量突变体并将其与其他微生物的视紫红质进行比较，阐明了我们在 2020 年报道的关于新型酶视紫红质的论文中发现的一种新的波长控制残基的机制。目前正在提交有关这项研究结果的论文。此外，当我们测量近红外吸收酶视紫红质（NeoR）中发色团视网膜的光异构化反应时，我们观察到从全反式到7-顺式的异构化反应，这是以前在微生物视紫红质中未曾报道过的。完成了。这一结果让全世界的视紫红质研究人员感到惊讶，并在去年11月举行的国际视网膜蛋白会议上得到了许多研究人员的赞扬。该研究结果将于2022年10月在美国化学会发表。总的来说，今年我们通过结合红外光谱、紫外-可见光谱、高效液相色谱和核磁共振等多种技术，展示了吸引世界各地研究人员兴趣的结果。