多彩な可視光を感知する光スイッチたんぱく質の設計に成功

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シアノバクテリアの分子進化に基づく新たな人工分子の創出

2020-06-23 静岡大学,科学技術振興機構

ポイント
  • シアノバクテリアから光を感知する新規のシアノバクテリオクロムの発見に成功した。
  • 青色光から橙色光までの可視光を感知する人工のシアノバクテリオクロムの作製に成功した。
  • 8つの光感知分子の光制御機構を技術基盤とすることで多彩な光制御系の開発が期待される。

静岡大学 大学院総合科学技術研究科の成川 礼 講師(グリーン科学技術研究所 兼任)、伏見 圭司 特任助教らは、酸素を発生して光合成(酸素発生型光合成)を行う微生物のシアノバクテリアより、橙色光と緑色光を感知する新しいシアノバクテリオクロムの発見に成功しました。

シアノバクテリオクロムはシアノバクテリアが持つ色素たんぱく質であり、様々な波長の光を感知する光受容体として知られています。本研究チームは、昨年、橙色光と遠赤色光を感知するシアノバクテリオクロムの分子構造を解明しました。今回、多様なシアノバクテリオクロムの配列と構造と比較することで、青色光、青緑色光、緑色光、黄緑色光、黄色光、橙色光を感知するために重要となる、分子の進化に関わるアミノ酸を同定しました。その情報を基にシアノバクテリオクロムの人工的な改変を試みたところ、青色光から橙色光までの可視光を感知する7種類の改変体を作り出すことに成功しました。さらに、これらのたんぱく質と細胞内シグナル誘導たんぱく質を連結した人工酵素を作ったところ、シアノバクテリオクロムのたんぱく質部分で光を感知して、細胞内シグナル誘導たんぱく質部分の活性を制御できる、光スイッチとして働くことを立証しました。

今後、本研究成果で得られた分子を技術基盤とすることで、多彩な色の光で制御・観察できる光スイッチや蛍光プローブの開発が期待できます。なお、本研究は米国カリフォルニア大学デービス校の研究チームとの共同研究によって行われました。

本研究成果は、2020年6月22日(米国東部時間)に米国アカデミー紀要「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」のオンライン版に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST「光の特性を活用した生命機能の時空間制御技術の開発と応用」研究領域(研究総括:影山 龍一郎(京都大学 教授))における研究課題名「ゲノムの光操作技術の開発と生命現象解明への応用」(研究代表者:佐藤 守俊(東京大学 教授))(JPMJCR1653)、JSPS科研費 26702036「若手研究A」の支援を受けたものです。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Evolution-inspired design of multicolored photoswitches from a single cyanobacteriochrome scaffold”
(分子進化に基づいた多彩な可視光を感知する分子の合理的設計と応用利用)
<お問い合わせ先>
<研究に関すること>

成川 礼(ナリカワ レイ)
静岡大学 大学院総合科学技術研究科 講師

<JST事業に関すること>

保田 睦子(ヤスダ ムツコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ

<報道担当>

静岡大学 広報室(川島)

科学技術振興機構 広報課

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