620 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.47No.5(2002)
解 説
フォボロ ドプシンの結晶構造と
波長制御 ・光情報伝達機構
神取秀樹 ・加茂直樹
古細菌の ロ ドプシンは,イ オ ンポ ンプ として光 エネル ギー変換を行な うか,伝 達蛋 白質 を活性 化することによって光情報変換を行な う.前 者の代表が有名 なバクテ リオ ロ ドプシン(bR)で あ り,後 者 の代表 が青緑色の光か ら逃げるためのセ ンサー であるフ ォボ ロ ドプシン(pR)で あ る. 両者はそれぞれ の機 能を担 うべ く特徴的な構造 に最 適化 されたも のと考え られてきた.し か し ながら,最 近,2つ のグループから同時に報告 されたpRの 結晶構造 は,既 知のbRの もの と驚 くほどよ く似て いた.本 稿 では,新 た な構 造情 報が喚起 した ロ ドプシンにおける波長制御 や光 情報伝達機構の問題に対する解説 を試みる, レチ ナール蛋 白質7回 膜貫通型受容 体 吸収 スペ ク トル 蛋 白質 間相 互作 用 は じめ に 高 度 好 塩 菌 に は4種 類 の ロ ド プ シ ン が 存 在 す る.こ れ ら は い ず れ も 眼 の 視 物 質 ロ ド プ シ ン と 同 様,レ チ ナ ー ル 分 子 を用 い て 光 を 吸 収 し,エ ネ ル ギ ー や 情 報 へ と 変 換 す る(図1).4種 類 の 古 細 菌 ロ ド プ シ ン は,共 通 の 祖 先 か ら特 定 の 機 能 を 担 う べ く 進 化 し て き た も の と 考 え ら れ る1).実 際 に,1個 の ア ミ ノ 酸 置 換 で バ ク テ リ オ ロ ドプ シ ン(bacteriorhodopsin;bR)を ハ ロ ロ ド プ シ ン(halo-rhodopsin;hR)の よ う に 塩 素 イ オ ン ポ ン プ に 転 換 す る こ と が 可 能 で あ る し2),セ ン サ リ ー ロ ド プ シ ン(sensory rhodopsin;sR)や フ ォ ボ ロ ド プ シ ン(phoborhodopsin; pR)は 伝 達 蛋 白 質 が 存 在 し な い と き に は プ ロ ト ン を ポ ン プ す る こ と が 知 ら れ て い る3・4).そ れ で は,各 々 の 蛋 白 質 に 特 異 な 機 能 は,ど の よ う な 構 造 の う え に 構 築 さ れ て い る の で あ ろ う か? bRやhRの 立 体 構 造 は20世 紀 の う ち に 決 定 さ れ,bR に 関 し て は そ の ポ ン プ メ カ ニ ズ ム も 詳 細 に 研 究 が 進 ん で い る5,6).一 方 で,光 情 報 伝 達 に 関 与 す る 古 細 菌 ロ ド プ シ ン の 研 究 は 大 き く遅 れ て い た.そ の 理 由 と し て は,天 然 の 含 量:が 少 な く(高 度 好 塩 菌 に お け るbR,hR,sR,pR の 量 比 は お お よ そ1000:100:10:1),試 料 調 製 が 困 難 で あ っ た こ と が 大 き い.と こ ろ が 最 近 に な っ て,加 茂 ら は 好 ア ル カ リ 菌 Natronobacterium pharaonis のpR (ppR)を 大 腸 菌 で 発 現 す る こ と に 成 功 し7),そ れ に よ っ て 大 量 培 養 や 変 異 体 の 実 験 が 可 能 に な っ た.こ の よ う な 背 景 の も と,bRのX線 結 晶 構 造 解 析 を競 い 合 っ た2つ の グ ル ー プ*1がppRの 結 晶 化 に挑 み,ほ ぼ 同 時 に そ の 立 体 構 造 を 報 告 し た8,9)*2.伝 達 蛋 白 質 の 構 造 は 未 解 明 で あ る が,ppRの 構 造 決 定 は古 細 菌 ロ ドプ シ ン の 研 究 に 進 展 を約 束 す る もの で あ る.た と え ばbRとpRを 比 較 す る と,① 吸 収 波 長,② 光 反 応 サ イ ク ル の 速 度*3, ③ 伝 達 蛋 白 質 と の 相 互 作 用,と い っ た 点 で 大 き な 違 い が み られ る10).と こ ろが 図2に 示 す と お り,2つ の 蛋 白 質 の 構 造 は驚 くほ ど よ く似 て い た の で あ る. 興 味 深 い こ と に,2つ の グル ー プ が 明 らか に したppR の構 造 は ほ とん ど 同 じで あ りなが ら,波 長 制 御 と伝 達 蛋 白 質 の 活 性 化 機構 に 関 して ま っ た く異 な る 見解 が 提 唱 さ れ た.本 稿 で は,見 解 の 対 立 が み られ る① と③ の2点 に 絞 っ て 解 説 す る.Hideki Kandori,名 古 屋 工 業 大 学 応 用 化 学 科E-mail:[email protected] Naoki Kamo,北 海 道 大 学 大 学 院 薬 学 研 究 科E-mail:[email protected]
Crystal structure of phoborhodopsin : Mechanisms of color tuning and signal transduction
1,色 が決 まる仕 組み:吸 収波長制御機構 4種 類 の 古 細 菌 ロ ドプ シ ンの う ち3種 類 は紫 色 を して お り,pRだ け が例 外 的 に オ レ ン ジ 色 を して い る.前 者 の 吸 収 極 大 波 長 は570∼590nmで あ り,後 者 の 吸 収 極 大(480∼500nm)が70nm以 上,短 波 長 側 に 吸 収 を もつ た め で あ る(図3).pRが 青 緑 色 の 光 か ら逃 れ る た め の 光 セ ンサ ー で あ る こ と を考 え る と,目 的 に適 っ て い る わ け で あ る が,ど の よ う な構 造 の 違 い が 色 を 決め て い る の だ ろ う か? レチ ナ ー ル 発 色 団 の 波 長 制 御 は,わ れ わ れが 色 を見 分 け る メ カ ニ ズ ム に もつ なが る興 味 深 い 問 題 で あ る11).図 1に 示 す とお り,発 色 団 は プ ロ トン化 シ ッ フ塩 基 に よ っ て 正 の 電 荷 を も っ てお り,こ れ を安 定 化 す るた め に負 電 荷(bRとpRで は2個 の ア ス パ ラ ギ ン酸;図2)が 対 イ オ ン と して 存 在 す る.発 色 団 の 吸 収 波 長 を 決 め る の は共 役 二 重 結 合 系 の π電 子 で あ り,こ れ が ポ リエ ン鎖 に非 局 在 化 す る と長 波 長 側 に吸 収 が 現 わ れ る.そ こで,波 長 制 御 に 関与 す る要 因 と して,① レチ ナ ー ル分 子 の平 面性,② シ ッフ 塩 基 と対 イ オ ン との 相 互 作 用,③ シ ッフ塩 基 部 分 以 外 で 電荷 や 極 性 ・分 極 を もつ ア ミノ酸 側 鎖 の 影響,が 考 え ら れ る.こ の な か でppRの 構 造 が 決 定 さ れ る 以 前 の 有 力 な説 は ① で あ っ た.こ れ は,bRが 完 全 に 平 面 な 発 色 団 構 造 を もつ の に 対 して12),修 飾 レチ ナ ー ル を用 い たpRの 測 定 か ら6-7単 結 合 の ね じれ が 示 唆 され た た め で あ る13}.平 面 性 の 低 下 は π電 子 の 非 局 在 化 を 妨 げ る と い う点 でpRの 短 波 長 側 の 吸 収 を う ま く説 明 す る.実 際 にbRとppRで 発 色 団 ま わ りの ア ミ ノ 酸 が 異 な る の は 6-7単 結 合 近 傍 のD,Eヘ リ ッ ク ス の もの が 多 い と こ ろ が 結 晶 構 造 に よ る と,ppRもbRと 同 様,平 面 的 な 発 色 団 構 造 を と る こ と が 明 らか に な っ た(図1,2)。 そ れ で は,ppRの 特 徴 的 な 吸 収 ス ペ ク ト ル は,構 造 的 に ど の よ う に 説 明 さ れ る の で あ ろ う か?発 色 団 の 平 面 性 に 加 え て シ ッ フ 塩 基 部 分 で も,水 分 子 を 含 む 五 角 形 (pentagon-cluster)構 造 が 保 存 さ れ て い る(図2b).ま たRoyantら の グ ル ー プ だ け が 報 告 し て い る 塩 素 イ オ ン9)に し て も シ ッ フ 塩 基 か ら13A以 上 離 れ て い る た め (図2a),吸 収 ス ペ ク トル に 影 響 を 与 え る と は 考 え に く い(実 際 に 脱 塩 し て も色 は 変 わ ら な い).構 造 を 決 定 し た2つ の グ ル ー プ は,波 長 制 御 の 要 因 と し て 以 下 の よ う に ま っ た く異 な る 機 構 を 提 唱 し て い る.Lueckeら は シ ッ フ 塩 基 領 域 に 含 ま れ る ア ル ギ ニ ン 側 鎖 の 向 き(図2b) が 波 長 制 御 の 主 要 因 で あ る と 考 察 し8),そ の 後,理 論 計 算 に よ り そ の 正 当 性 を 主 張 し て い る14).一 方,Royant ら の 論 文 中 で は 波 長 制 御 の 要 因 に 関 す る 議 論 は な い が9),直 後 に 報 告 し た 理 論 計 算 の 論 文 で は シ ッ フ 塩 基 と Asp201の 距 離 が 近 い た め 相 互 作 用 が 強 く,そ れ がppR に お け る 短 波 長 側 の 吸 収 の 主 要 因 で あ る と 結 論 し た15). こ の よ う に ほ と ん ど 同 じ構 造 に 基 づ い て 理 論 計 算 が 行 な わ れ た も の の,ま っ た く異 な る 結 論 が 引 き 出 さ れ た の で あ る,さ ら に そ れ ぞ れBirgeとSchultenと い う 発 言 力 の あ る 理 論 家 を 擁 し て お り,波 長 制 御 機 構 に 関 す る 論 争 が 今 後 ど の よ う に 展 開 す る の か 予 想 す る こ と は む ず か しい.し か し な が ら 確 実 に い え る こ と は,bRとppRで は 基 本 構 造 は 同 一 で あ り,微 細 構 造 に よ っ て 波 長 が 制 御 さ れ て い る と い う 点 で あ る.こ の よ う な 点 か ら特 記 し た い の は,ppRの 多 重 変 異 体 の 結 果 で あ る.bRとppRの レ チ ナ ー ル 発 色 団 か ら5A以 内 に は25個 の ア ミ ノ 酸 が 存 在 す る が,そ の う ち10個 が 異 な っ て い る.そ こ でShi-*1bRの 構 造 解 析 は,HendersonやFujiyoshiら に よ り電 子 線 結 晶 学 を 用 い て 研 究 が 進 展 して き た5).そ してLandauとRosenbuschが 脂 質 立 方 相 にbRを 含 ん だ3次 元 結 晶 を 作 製 し て 以 来,よ り高 分 解 能 の 構 造 解 析 はX線 結 晶 構 造 解 析 が と っ て 代 わ っ た が,そ の 経 緯 は や や 複 雑 な も の と な っ た5〕.す な わ ち,最 初 のX線 結 晶 構 造 は 双 晶 に つ い て の 配 慮 が な さ れ な か っ た た め,赤 外 分 光 に よ っ て 予 見 さ れ て い た シ ッ フ 塩 基 とAsp85の 間 の 水31)が 存 在 し な い な ど 不 十 分 な も の と な っ た32).こ れ を 指 摘 した の がLuecke,Lanyiら の グ ル ー プ で あ り,現 在 最 も 高 い 分 解 能(1.55A)の 構 造 を 報 告 し て い る12).Pebay-Peyroula,Landauら の グ ル ー プ とLuecke,Lanyiら の グ ル ー プ はbRの 中 間 体 構 造 に 関 し て も競 争 お よ び 論 争 を 続 け て お り,今 回 のppRの 結 晶 構 造 解 析 は,“ 因 縁 の 対 決 再 び ”と い う こ と が で き る. *2青 緑 光 に 対 し て 負 の 走 光 性 を 示 す 高 度 好 塩 菌 の 光 受 容 体 は1985年 に 高 橋 ら に よ っ て 発 見 さ れ33),忌 避 反 応(phobicreaction)か らpho-borhodopsinと 命 名 さ れ た34).一 方,欧 米 で はsR,pRを そ れ ぞ れsR-1,sR-Ⅱ と 称 す る グ ル ー プ が 多 く,構 造 決 定 の 論 文 中 で もsen-soryrhodopsinⅡ と 表 記 さ れ て い る.本 稿 で は フ ォ ボ ロ ドプ シ ン(pR)で 統 一 す る. *3bRの 光 反 応 が10ミ リ秒 程 度 で あ る の に 対 して,sRやpRは3桁 程 度 長 い 反 応 サ イ ク ル を も つ.bRは1光.子 あ た り1個 の プ ロ ト ン を 輸 送 す る の で 反 応 サ イ ク ル が 短 い こ と が 重 要 で あ る 一 方,セ ン サ ー は 伝 達 蛋 白 質 を 活 性 化 し な け れ ば な ら な い た め に あ る 程 度 の 寿 命 が 必 要 か も し れ な い.こ の よ う に 考 え る と そ れ ぞ れ の 反 応 サ イ ク ル の 速 度 は よ く 目 的 に 適 っ て い る.こ の よ う な 違 い は,細 胞 質 側 に お け る プ ロ ト ン 取 込 み 機 構 に よ っ て よ く説 明 で き る こ とが,ppRの 変 異 体 を 用 い た 実 験 か ら 明 ら か に な っ て い る35).
622 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.47No.5(2002) 図1古 細 菌 ロ ドプ シ ン の 機 能 バ ク テ リオ ロ ドプ シン(bR),ハ ロロ ドプ シン(hR)は そ れぞ れ 光 駆動 プ ロ トンポ ン プ,塩 素 イ オ ンポ ン プ と して光 エ ネ ル ギ ー 変換 を行 な う, こ れ らの 能動 輸 送 が も た ら した プ ロ トン濃度 勾 配 や 膜 電 位 がATP合 成 の 駆 動 力 とな る.一 方,セ ンサ リー ロ ドプ シ ン(sR),フ ォ ボ ロ ド プ シ ン(pR)は 伝 達 蛋 白 質(HtrⅠ ま た はHtrⅡ)を 活 性 化 す る こ と によ って,光 を 情 報 へ と 変 換 す る,sRは 正 の,pRは 負 の 走 光1生受 容 体 で ある が,sRの 光 反 応 サ イ クル 中 に さ らに 光子 が1個 吸 収 さ れ る と,負 の 走光 性 が誘 導 され る,ロ ドプ シ ンの 分 野 で は細 胞 質 側 を上 に描 く場 合 が 多 く(そ の 理 由 に 関 して は文 献6参 照),図2以 下 で は そ の よ うに して い る.古 細 菌 ロ ドプシ ン はい ず れ も7回 膜 貫通 型 構 造 を も ち, 光 を吸 収 す るた め の 分子(発 色 団 と よ ばれ る)と して全 トラ ン ス 型 レ チナ ール がGヘ リ ック スの リシ ン と プロ トン化 シ ッ プ塩 基 結 合 を介 し て結 合 して いる.図 の よ う に,発 色団 の 正 電荷 を 安定 化 す る た めの 対 イ オ ン が必 要 と な る,ロ ドプ シ ンの 色(＝ 吸 収波 長)を 決 定 す る の は発 色 団 の共 役 二 重 結 合 系 に存 在 す る π電 子 で あ り,π 電 子 が 非 局在 化 す る と 吸収 が長 波 長 側 に現 わ れ る. 図2bRとppRの 構 造 の 比 較 (a)bR(PDB:1C3W)12)とppR(PDB:1H68)9)の 骨 格構 造 を 紫 と オ レン ジ 色 で,発 色 団の 構 造 を青 と赤 色 で 示 した.A∼Gは 膜 貫通 ヘ リッ クス を 表 わ す,塩 素 イ オ ン(緑 丸)はRoyantら のppR構 造9)のみ で 見 い だ さ れ て い る(作 図:岩 本 真 幸).(b)bR(PDB:1C3W)12) とppR(PDB:1JGJ)B)の レチ ナ ール シ ップ塩 基 部 分の 構 造.数 字 は水 素 結合 距 離 を 表 わ す.い ず れ も負 電荷 をも つ2個 の ア ス パ ラ ギ ン 酸の 酸 素原 子 と3個 の水 分 子 が 五 角形(pentagoncluster)構 造 を 構 成 す る.bRで は ア ル ギ ニ ン 側 鎖 が水 素結 合 系 に含 ま れ る の に 対 し て,ppRで は逆 の 方 向 を 向 いて い る の が特 徴 であ る.
monoら は10個 をす べ てbRの もの に 変 異 させ た 多 重 変 異 体ppRを 作 製 した と こ ろ,変 異 に よ る長 波 長 化 は40 %以 下 に 留 ま っ た(図3)16).こ の結 果 は,構 造 決 定 以 前 に はppRとbRの 構 造 の 違 い を 示 唆 す る もの と考 え ら れ た が,実 際 に は両 者 が 類 似 の構 造 を して い る の で,π 電 子 の 演 ず る 波 長 制 御 の 精 妙 さ を示 す もの で あ ろ う.ロ ドプ シ ンの 色 を め ぐる 謎 は,構 造 決 定 に よっ て か え って 深 ま っ た よ う に 思 え る.
Ⅱ.ど こで信号を伝えるのか?:
伝達蛋白質の活性化機構
伝 達 蛋 白 質 はバ クテ リア の 走 化 性 受 容 体 と相 同性 を も ち,メ チ ル化 に よ っ て リ ン酸 化 カ ス ケ ー ドを駆 動 して鞭 毛 モ ー ター を 制 御 す る(図1)17).古 細 菌 ロ ドプ シ ンの 場 合 も走 化 性 受 容 体 と 同 様,2回 膜 貫 通 の 伝 達 蛋 白 質 が2 量 体 を形 成 し,pRは 膜 貫 通 部 分 で 信 号 伝 達 を 行 な う も の と考 え られ て い る18).pRとHtrⅡ は 光 を 吸 収 す る 前 の 状 態 に お い て1:1の 量 比 で 結 合 して お り19),2量 体 を形 成 したHtrⅡ の 両 側 にpRが 結 合 して い る の で あ ろ う.ス ピ ン ラベ ル を導 入 した電 子 ス ピ ン共 鳴法 に よ る測 定 で は,Fヘ リ ッ ク ス の 細 胞 質 側 が 光 吸 収 に伴 っ て外 側 へ 開 き,HtrⅡ の 第2ヘ リ ッ ク ス と の 相 互 作 用 が 変 化 す る こ とが 報 告 さ れ て い る20).こ の よ う な 実 験 結 果 を 基 に,pRは 伝 達 蛋 白 質 とFやGヘ リ ッ ク ス で 相 互 作 用 す る こ とが 考 え られ て きた. 結 晶構 造 を報 告 した2つ の グ ル ー プ の 見 解 の相 違 は伝 達 蛋 白 質 との 相 互 作 用 部 位 に お い て も顕 著 に み られ る. Lueckeら は,Gヘ リ ッ ク ス 中 で 発 色 団 と結 合 す るLys 205よ り も細 胞 外 側 寄 りに 存 在 す るTyr199に 着 目 し, これ がHtrⅡ と相 互 作 用 す る 可 能 性 を 指 摘 し た(図4)8). 一 方,Royantら はFヘ リ ッ ク ス の 細 胞 質 側 に 集 ま っ て い る 正 電 荷 の パ ッチ に注 目 し,こ れ がHtrⅡ と 相 互 作 用 す る 可 能 性 を 指 摘 した(図4)8).い ず れ もpRだ け に 保 存 され て い る 部 位 で あ る が,そ れ ぞ れ の 主 張 を直 接 支 持 す る デ ー タ は現 時 点 で な く,構 造 を基 に した 相 互 作 用 機 構 の 提 唱 と受 け取 る こ とが で きる.た だ し,こ の 場 合 は 波 長 制 御 機 構 と異 な り,い ず れ の 主 張 も正 しい 可能 性 が あ る.な ぜ な らば2つ の 膜 蛋 白 質 が 膜 内 で 行 な う相 互 作 用 の 仕 組 み は未 解 明 で あ り,複 数 個 の 相 互 作 用 部 位 は十 分 に考 え られ るか らで あ る.今 後 の 研 究 の 進 展 が 期 待 さ れ る. pRに お い て 観 測 され た細 胞 質 側 でFヘ リ ッ ク ス が 開 く動 き は,bR21)や 視 物 質 ロ ドプ シ ン22)にも 共 通 し て お り,bRで は プ ロ トン を取 り込 む た め,ロ ドプ シ ン で は G蛋 白 質 と相 互 作 用 す る た め の構 造 変 化 と して 理 解 され て い る.そ れ で は,pRがHtrⅡ を活 性 化 す る た め の ヘ リ ッ クス の動 きは どの よ う に理 解 す れ ば い い の で あ ろ う か?興 味 深 い こ と に,同 様 の ス ピ ン ラベ ル を用 い た 電 図3bR,ppR,ppR多 重 変 異 体 の 吸 収 ス ペ ク トル ρppRの 吸 収 が短 波 長側 に あ る こ と と,ス ペ ク トル に 肩(非 対 称 な 構 造)を も つ こ と が特 徴 で あ る,黒 色 の スペ ク トル はppRの 多 重 変 異 体 の も の で あ り,発 色 団 か ら5A以 内の ア ミ ノ 酸 が すべ てbR の も の に 置換 してあ る.し か しな が ら,吸 収 ス ペ ク トル は524nm に極 大 を 示 し,置 換 に よ る長 波 長 化 は わず か37%し か達 成 して い な い. 図4ppRのF,Gヘ リ ック ス と 論 文 中 で 予 想 さ れ た 伝 達 蛋 白 質 との 相 互 作 用 部 位 レチ ナ ー ル を 結 合 す るLys205は この 図 で ヘ リ ッ ク ス の 向 こ う側 に存 在 す る.624 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.47No.5(2002) 子 ス ピ ン共 鳴 測 定 か ら,大 腸 菌 の走 化性 受 容 体 にお い て は ヘ リ ッ ク ス が 縦 方 向 に動 く こ とが 報 告 さ れ て い る23). 走 化性 受 容 体 と異 な っ て,情 報 入 力 部位 と細 胞 内 伝 達 部 位 が 別 の 蛋 白 質 で あ る古 細 菌 ロ ドプ シ ンで は,ど の よ う な 機 構 で情 報 が 伝 達 され る の で あ ろ う か?pRの ヘ リ ック ス が 開 く とい う横 方 向 の 動 きが,HtrⅡ に縦 方 向 の 動 きを 駆 動 す る の で あ ろ う か?興 味 は つ き な い. お わ り に 本 稿 に お い て “古 細 菌 ロ ドプ シ ン”と表 現 して き た よ う に,視 物 質 ロ ドプ シ ン と相 同性 を もた な い こ れ らの ロ ドプ シ ンは,好 塩 性 の古 細 菌 だ け に 存 在 す る もの と認 識 され て き た.と こ ろが 最 近 に な っ て,ア カパ ン カ ビ24), 海 洋性 のバ ク テ リ ア25,26)で同 じ フ ァ ミ リー に 属 す る ロ ド プ シ ンが 見 い だ さ れ,真 核 生 物 や 真 正 細 菌 で もbRの よ う に ポ ン プ と し て 機 能 し て い る 可 能 性 が 示 され た.一 方,真 核 生 物 で あ る ク ラ ミ ドモ ナ ス の光 受 容 体 は 古 細 菌 型 の ロ ドプ シ ン と考 え られ て お り27),ま た真 正 細 菌 に属 す る シア ノ バ ク テ リア の 走 光 性 の 受 容 体 の1つ は ロ ドプ シ ンで あ る との 論 文 も発 表 さ れ て い る28).“古 細 菌 ロ ド プ シ ン”は 光 情 報 変 換 に 関 して も多 くの 生 物 で 機 能 し て い るか も しれ な い. ppRの 構 造 決 定 に よ っ て,古 細 菌 ロ ド プ シ ン に お け る 光 情 報 変 換 の 研 究 は新 しい ス テ ー ジ に入 っ た.筆 者 ら は 原 子 レベ ル で の 構 造 変 化 の 解 析 に 有 力 な ツ ー ル で あ る 赤 外 分 光 法 を用 い た研 究 を 開 始 し,レ チ ナ ー ル の 異 性 化 に よる 構 造 変 化29)や水 分 子 の 水 素 結 合 構 造30)を構 造 決 定 の 論 文8,9)と相 前 後 して 報 告 した.分 子 ポ ン プ に お け る bRが そ うで あ る よ う に5,6),構 造 を 基 盤 と し たppRの 原 子 レベ ル で の 研 究 が 今 後,光 情 報 変 換 の メ カ ニ ズ ム に 新 た な 光 を照 らす もの と考 え て い る. 本稿 はppRの 構 造決 定 を中心 とした解 説 で あ っ て,筆 者 らの研 究 を紹 介 す る こ とが 目的 で は な い が,最 後 に以下 の こ とを記 した い.ppRの 研 究 が ま さに 佳境 へ と入 りつ つ あ る こ の 時 期 に,筆 者 ら とと もに研 究 に 没 頭 し,次 々 と面 白い 結 果 を 出 しつ つ あ る 下野 和 実,岩 本 真幸,須 藤 雄気(北 大),古 谷 祐 詞(京 大)君 に感 謝 す る.
1) Ihara, K., Umemura, T., Katagiri, I., Kitajima-Ihara, T., Sugiyama, Y., Kimura, Y., Mukohata, Y.: J. Mol. Biol., 285, 163-174(1999)
2) Sasaki, J., Brown, L. S., Chon, Y.-S., Kandori, H., Maeda, A..
Needleman, R., Lanyi, J. K. : Science, 269,73-75 (1995) 3) Bogomolni, R. A., Stoeckenius, W., Szundi, I., Perozo, E.,
Ol-son, K. D., Spudich, J. L. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 10188-10192(1994)
4) Sudo, Y., Iwamoto, M., Shimono, K., Sumi, M., Kamo, N.: Biophys. J., 80, 916-922 (2001)
5)茂 木 立 志 ・神 取 秀 樹:蛋 白 質 核 酸 酵 素,44,51-57(1999) 6)神 取 秀 樹:バ イ オ サ イ エ ン ス の 新 世 紀7,生 体 膜 の エ ネ ル
ギ ー 装 置(吉 田 賢 右 ・茂 木 立 志 編),pp,194-206,共 立 出 版 (2000)
7) Shimono, K., Iwamoto, M., Sumi, M., Kamo, N.: FEBS Lett., 420,54-56(1997)
8) Luecke, H., Schobert, B., Lanyi, J. K., Spudich, E. N., Spu-dich, J. L. : Science, 293, 1499-1503 (2001)
9) Royant, A., Nollert, P., Edman, K., Neutze, R., Landau, E. M., Pebay-Peyroulla, E., Navarro, J.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98,10131-10136 (2001)
10) Kamo, N., Shimono, K., Iwamoto, M., Sudo. Y. : Biochemis-try (Moscow), 66,1580-1587 (2001)
11)平 野 貴 弘 ・七 田 芳 則:生 物 物 理41,284-289(2001)
12) Luecke, H., Schobert, B., Richter, H.-T., Cartailler, J. P., Lanyi, J. K. : J. Mol. Biol., 291, 899-911 (1999)
13) Takahashi, T., Yan, B., Mazur, P., Derguini, F., Nakanishi, K., Spudich, J. L. : Biochemistry, 29, 8467-8474 (1990) 14) Ren, L., Martin, C. H., Wise, K. J., Gillespie, N. B., Luecke, H.,
Lanyi, J. K., Spudich, J. L., Birge, R. R. : Biochemistry, 40, 3906-13914(2001)
15) Hayashi, S., Tajkhorshid, E., Pebay-Peyroula, E., Royant, A., Landau, E. M., Navarro, J., Schulten, K. : J. Phys. Chem. 8,105,10124-10131(2001)
16) Shimono, K., Ikeura, Y., Sudo, Y., Iwamoto, M., Kamo, N. Biochim. Biophys. Acta, 1515, 92-100 (2001)
17)川 岸 郁 朗:ニ ュ ー バ イ オ フ ィ ジ ッ ク ス6,生 物 の ス ー パ ー セ ン サ ー(津 田 基 之 編),pp.133-146,共 立 出 版(1997)
18) Zhang, X. N., Zhu, J., Spudich, J. L. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 857-862 (1999)
19) Sudo, Y., Iwamoto, M., Shimono, K., Kamo, N.: Photochem. Photobiol., 74, 489-494 (2001)
20) Wegener, A.-A., Klare, J. P., Engelhard, M., Steinhoff, H.-J.: EMBO J., 20, 5312-5319 (2001)
21) Kataoka, M., Kamikubo, H.: Biochim. Biophys. Acta, 1460, 166-176(2000)
22) Farrens, D. L., Altenbach, C., Yang, K., Hubbell, W. L., Kho-rana, H. G. : Science, 274, 768-770 (1996)
23) Ottemann, K. M., Xiao, W., Shin, Y.-K., Koshland, D. E. Jr. Science, 285, 1751-1754(1999)
24) Bieszke, J. A., Braun, E. L., Bean, L. E., Kang, S., Natvig, D. 0., Borkovich, K. A.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96,8034-8039(1999)
25) Beja, 0., Aravind, L., Koonin, E. V., Suzuki, M. T., Hadd, A., Nguyen, L. P., Jovanovich, S. B., Gates, C. M., Feldman, R. A., Spudich, J. L., Spudich, E. N., DeLong, E. F.: Science, 289, 1902-1906(2000)
26) Beja, 0., Spudich, E. N., Spudich, J. L., Leclerc, M., DeLong,
E. F. : Nature, 411, 786-789 (2001)
27) Sakamoto, M., Wada, A., Akai, A., Ito, M., Goshima, T., Takahashi, T.: FEBS Lett., 434, 335-338 (1998)
28) Albetano, P., Barsanti, L., Passarelli, V., Gualitieri, P. : Mi-cron, 31, 27-34(2000)
29) Kandori, H., Shimono, K., Sudo, Y., Iwamoto, M., Shichida, Y., Kamo, N.: Biochemistry, 40, 9238-9246 (2001)
30) Kandori, H., Furutani, Y., Shimono, K., Shichida, Y.. Kamo, N. : Biochemistry, 40,15693-15698 (2001)
31) Kandori, H. : Biochim. Biophys. Acta, 1460,177-191(2000) 32) Pebay-Peyroula, E., Rummel, G., Rosenbusch, J. P., Landau,
E. M. : Science, 277,1676-1681(1997)
33) Takahashi, T., Tomioka, H., Kamo, N., Kobatake, Y.: FEMS Microbiol. Lett., 28, 161-164 (1985)
34) Tomioka, H., Takahashi, T., Kamo, N., Kobatake, Y. : Bio-chem. Biophys. Res. Commun., 139, 389-395 (1986) 35) Iwamoto, M., Shimono, K., Sumi, M., Kamo, N.: Biophys.
Chem., 79,187-192 (1999) 神 取 秀 樹 略 歴:1989年 京 都 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 博 士 課 程 修 了,理 学 博 士,分 子 研 と 理 研 で の ポ ス ドク,京 大 院 理 生 物 物 理 での 助 手,講 師 を 経 て 、2001年 よ り名 古 屋 工 業 大 学 助 教 授.研 究 テ ーマ:光 受 容 蛋 白 質 にお け る エ ネル ギ ー 変 換 ・情 報 変 換 の 機 構 解 明(生 体 分 子 光 科 学).関 心 事:生 命 科 学 と 日 本 サ ッ カー の 行 く末. 加 茂 直 樹 略 歴:1970年 大 阪 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 高 分 子 学 専 攻 修 士 課 程 修 了,理 学 博 士.1971年 北 海 道 大 学 薬 学 部 助 手 に採 用 さ れ,以 後,助 教 授,教 授.研 究 テ ー マ:膜 が 関 与 す る 現 象 の 生 物 物 理 化 学,卒 業 研 究 で の 荷 電 高 分 子 膜 の イ オ ン 透 過 の 研 究 か ら始 ま り,イ オ ン 選 択 性 電 極,化 学 感 覚 の 機 構 な ど の 研 究 を 経 て,現 在 は 生 体 膜 の 薬 物 透 過 お よ びpharaonisis phoborhodopsinの 研 究 を 行 な って い る. subsidy (財)加藤記念バイオサ イエンス研究振興財団 第14回 加 藤 記 念 国 際 交 流 助 成 助 成 対 象 者:平 成14年4月1日 か ら平 成15年3月31日 の 期 間 に 海外 で 開催 され るバ イオサ イエ ンス分 野 の 学 会,シ ンポ ジ ウ ム等 で研 究 発 表 を行 な う 日本 国 内在 住 の 研 究 者. 申 込 資 格:応 募 締 切 日に35歳 以下 の 方(医 学 系 の 大 学 卒 業 者 は 37歳 以 下 の 方) 助 成 内容:所 要 経 費の 一 部 を援 助す る 助 成 金額:総 額750万 円 援助 件 数:30件 程 度(前 期:20件 程 度,後 期:10件 程 度). 応 募 方 法:当 財 団所 定 の 中請 用 紙 に必 要 事 項 を記 入 の うえ,当 財 団 に直 接 申 し込 む. 応 募 締 切:⑦ 前 期:4/1∼9/30の 期 間 に 発 表 さ れ る 方 は,平 成14 年5月31日.② 後 期:10/1∼ 翌 年3/31の 期 間 に 発 表 さ れ る 方 は,平 成14年8月31日. 審 査 方 法:当 財 団 の 選 考 委 員 に よ る 審 査 の う え,評 議 員 会 議 長 お よ び 理 事 長 の 承 認 を 得 て 決 定. 申 請 書 請 求 先:下 記 あ て 葉 書 ま た はFAXに て ご 請 求 くだ さ い. 連 絡 先:〒194-8533東 京 都 町 田 市 旭 町3-6-6 (財)加 藤 記 念 バ イ オ サ イ エ ン ス 研 究 振 興 財 団 担 当:松 浦 智 佳 子Tel.042-725-2576FAX042-722-8614 symposium 第66回 日本生化学会中部支部例会 シンポジウム ・総会 ミ ク ロ の環 境 が 制 御 す る細 胞 ・組 織 の 機 能 日 時:平 成14年5月25日(土)9:30∼16:30 場 所:愛 知 医 科 大 学1号 館 た ち ば な ホ ー ル シ ンポ ジ ウ ム1:細 胞外 マ トリ ックス と形つ く り 細 胞 外 環 境 セ ンサ ー と して の イ ンテ グ リ ン と基 底 膜 関 口清 俊(阪 大 蛋 白研 ・ERATO) 上 皮 増 殖 因子(EGF)様 モ ジ ュー ル を持 つ 脳 特 異 パ ー トタ イ ム プ ロテ オ グ リカ ンNGCの 発現 様 式 と機 能 大平 敦 彦(愛 知県 コ ロニ ー) 軟 骨 内 骨 化 の制 御 と細 胞 外 環境 開 祐 司(京 大 再 生研) 細 胞 増 殖 因子 に よる パ ター ン形 成 と細 胞 外 にお け るそ の制 御 上 野 直人(基 生研) シン ポ ジ ウム2:細 胞 表 層 分子 の 性状 と疾 患 膜 型 マ トリ ックス メ タロプ ロ テ アー ゼ の制 御 と細 胞運 動 清 木 元 治(東 大 医科 研) 生 体 防御 にお け るプ ロ テオ グ リカ ンの役 割 村 松 喬(名 大 院 医) 糖 脂 質 糖 鎖 に よ る 癌 細 胞 の 増 殖 と 転 移 性 の 制 御 機 構 古 川 鋼 一(名 大 院 医) ア ク チ ン細 胞 骨 格 形 成 に お け る シ ン デ カ ン ー2の 役 割― マ ウ ス が ん 転 移 モ デ ル を 用 い て 小 栗 佳 代 子(国 立 名 古 屋 病 院) 一 般 演 題(ポ ス タ ー 発 表,こ の 中 か ら 中 部 支 部 奨 励 賞 選 定) 参 加 費:無 料 連 絡 先 ・演 題 ・参 加 申 込 先: 〒480-1195愛 知 郡 長 久 手 町 岩 作 雁 又21 愛 知 医 科 大 学 分 子 医 科 学 研 究 所 日 本 生 化 学 会 中 部 支 部 長 木 全 弘 治 TeL0561-62-3311ext2087FAX0561-63-3532 E-mail:seikachbｮaichi-med-u.ac.jp http://www2.aichi-med-u.ac.jp/seikachb/index.html
