光照射固体ＮＭＲによるセンサリーロドプシンのレチナール－蛋白質間相互作用の解明

通过光照射固态核磁共振阐明感觉视紫红质的视网膜-蛋白质相互作用

• 批准号: 16J00073
• 负责人: 槇野 義輝
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00073/
• 关键词: 光照射固体NMR; センサリーロドプシン; 化学シフト値計算; レチナール; 膜タンパク質; フォトサイクル; DFT; 量子化学計算; ロドプシン

本研究課題は微生物の走光性を担う光受容膜タンパク質であるセンサリーロドプシンの光信号伝達機構を解明するべく、発色団レチナールの構造変化およびレチナール－蛋白質間相互作用を明らかにすることを目的として遂行された。平成29年度においては、独自に開発したIn situ光照射固体NMRを用いてセンサリーロドプシンの光中間体を補足し、得られた光中間体レチナールの化学シフト値とその配座の関係性についてDFT計算を用いて明らかにすることで、発色団レチナールの詳細な構造の決定した。光照射固体NMRにおける光中間体の観測に関しては、レチナールの13C=14C結合のtrans/cis配座変化と相関があるレチナール20位のメチル炭素および15C=Nε結合のsyn/anti配座変化と相関のある14位の炭素原子を13C安定同位体標識したレチナールを保持した膜タンパク質、センサリーロドプシンを用いて行った。その結果、センサリーロドプシンの1つであるファラオニスフォボロドプシン（ppR）に関して－60℃の温度条件にて既存に報告されているM中間体とは化学シフト値の異なるN’中間体の補足に成功した。また、光照射固体NMRに関しては光源のLEDの波長を用意に切り替えることのできるシステムを構築し、主としてM中間体に対する近紫外光（365 nm）照射によってM中間体からO中間体への変換が促進される反応経路が明らかとなった。さらに、DFT計算の結果からO中間体の配座は13-trans,15-syn型であることを解明した。ppRのO中間体の固体NMRによる補足は本研究が初めての観測例である。また、同様のDFT計算の結果からN'中間体は13-cis配座から大きくねじれた構造をとっている事も明らかとなった。まとめとして、本研究では上記の結果を踏まえ、N'中間体を含んだ新規の光反応過程を提唱している。

该研究项目的目的是阐明发色团视网膜的结构变化以及视网膜与蛋白质之间的相互作用，以阐明感觉视紫红质（一种负责微生物趋光性的光感受器膜蛋白）的光信号转导机制。 。 2017年度，我们利用自主开发的原位光照射固态NMR捕获了感觉视紫红质的光中间体，并对光中间体视网膜的化学位移值与其构象之间的关系进行了DFT计算，确定了详细的结构。视网膜发色团的结构。关于光照射固态NMR中光中间体的观察，与视网膜中13C=14C键的反式/顺式构象变化相关，并且与位置处的甲基碳的顺式/反式构象变化相关。 20 视网膜和 15C=Nε 键 这项研究是使用感觉视紫红质进行的，这是一种含有第 14 个碳原子上的 13C 稳定同位素标记的视网膜的膜蛋白。结果，我们成功地在-60°C的温度下获得了与先前报道的M中间体具有不同化学位移值的N'中间体，用于法老磷硼紫红质（ppR），这是一种感觉视紫红质。关于光照射固态NMR，我们构建了一个可以轻松切换LED光源波长的系统，主要通过用近紫外光（365 nm）照射将M中间体转化为O中间体的加速反应途径。得到澄清。此外，DFT计算结果表明O中间体的构象为13-trans，15-syn。本研究是首次使用固态核磁共振观察到 ppR 的 O 中间体。此外，类似的DFT计算结果表明，N'中间体具有与13-顺式构象显着扭曲的结构。总之，基于上述结果，本研究提出了一种涉及N'中间体的新光反应过程。

项目成果

Structural changes of retinal in sensory rhodopsin II as revealed by in-situ photo-irradiation solid-state NMR (Poster)

原位光照射固态核磁共振揭示感觉视紫红质 II 中视网膜的结构变化（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: Yoshiteru Makino; Izuru Kawamura; Takashi Okitsu; Akimori Wada; Yuki Sudo; Naoki Kamo; Akira Naito;Kazuyoshi Ueda
• 通讯作者: Kazuyoshi Ueda

センサリーロドプシンのレチナール構造変化に対する13C NMR化学シフト値計算

13C NMR化学位移值计算感觉视紫红质视网膜结构变化

• 发表时间: 2017
• 作者: 槙野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義

13C NMR化学シフト値計算によるセンサリーロドプシンの光中間体におけるレチナール構造の解析

通过 13C NMR 化学位移值计算分析感觉视紫红质光中间体中的视网膜结构

• 发表时间: 2017
• 作者: 槙野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義

光照射固体NMRによるセンサリーロドプシンIIの光反応過程における光中間体構造の解明（ポスター）

使用光照射固态核磁共振阐明传感视紫红质 II 光反应过程中光中间体的结构（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: 槇野義輝;川村出;沖津貴志;和田昭盛;須藤雄気;加茂直樹;内藤晶;上田一義
• 通讯作者: 上田一義

Conformational changes in retinal of sensory rhodopsin as revealed by in-situ photo-irradiation solid-state NMR and chemical shift calculation (Poster)

原位光照射固态核磁共振和化学位移计算揭示视网膜感觉视紫红质的构象变化（海报）

• 发表时间: 2016
• 作者: Yoshiteru Makino; Izuru Kawamura; Takashi Okitsu; Akimori Wada; Yuki Sudo; Naoki Kamo; Akira Naito;Kazuyoshi Ueda
• 通讯作者: Kazuyoshi Ueda