新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 5

平成 26 年 1 月

業績紹介：微生物型および動物型ロドプシンの構造、機能、分子メカニズム
神取 秀樹（名工大・A03 計画研究代表者）の中で最も研究の進んだ分子と言うことができる。一方、微生物型ロドプシンの機能は実に多様であり、光

論文題目："Microbial and Animal Rhodopsins: Structures,

駆動プロトンポンプである BR の他にも様々なポンプ

Functions, and Molecular Mechanisms"やセンサー、チャネル機能が知られている。ロドプシ

著者：Oliver P. Ernst, David T. Lodowski, Marcus Elstner,

ンは分子科学という基礎研究における最高の研究対象

Peter Hegemann, Leonid S. Brown, and Hideki Kandoriであるというのが筆者の考えであるが、近年、イオン

雑誌巻号：Chem. Rev. 114, 126-163 (2014).

を輸送するロドプシンが生物の行動を光で操作する（Optogenetics と呼ばれる）応用研究にも欠かせないツールとなった。面白いものである。

ロドプシン（rhodopsin）は、動物の網膜に存在する赤色の色素として古くから知られており、ギリシャ語

本総説は、カナダから 2 名、米国から 1 名、ドイツでバラを意味する rhodo と視覚を意味する opsis から名から 2 名、日本から 1 名の分野の異なる専門家（構造付けられ、日本語では「視紅」と訳される[1]。ちなみ

生物学から計算科学、分光学、生化学、生理学まで）にヒトは明暗を認識する 1 種類の視物質を桿体（rod）が参加して、微生物型と動物型ロドプシンの機能発現視細胞に、色を識別する 3 種類の視物質を錐体（cone）メカニズムについてまとめたものである。28 の図、577

視細胞にもつが、（500 nm の青緑色の光を吸収して）の文献から構成される総説は米国化学会の Chemical

赤く見える視物質は前者であるため、狭義のロドプシ

Review 誌（IF = 41.3）に 38 ページにわたって掲載されンは桿体の視物質になる。ロドプシン内部で光を吸収た。第 1 章のイントロダクションに続き、第 2 章ではする分子がレチナールであるが、1971 年、同様にレチ波長制御、超高速異性化、緩和といった光励起現象にナールをもったタンパク質が古細菌から発見され、バ関わる話題が紹介されている。第 3 章では BR、そのクテリオロドプシン（BR）と命名された。その後の研他のプロトンポンプ、プロトン以外のポンプ、光セン究によって、視物質であるロドプシンは 11-cis 型のレサー、チャネルロドプシンの順で微生物型ロドプシン

チナール分子を持ち、光を吸収すると all-trans 型に異が紹介される。第 4 章では、主としてウシロドプシン性化するのに対して、BR は all-trans 型のレチナール分をモデルとして動物型ロドプシンに関する分子メカニ子を持ち、光を吸収すると 13-cis 型に異性化することズムが描かれている。これまで微生物型ロドプシン、がわかった[1]。両者にアミノ酸の相同性はなく別々の動物型ロドプシンそれぞれには良質の総説が存在して進化を遂げたと考えられているが、7 回膜貫通のαへいたが、学問が深化した現在、両者をここまで包括的リックスから構成される膜タンパク質であることなどに取り扱ったものは皆無である。手前味噌ではあるが、類 似 性 が あ り 、 前 者 は 動 物 型 ロ ド プ シ ン （ animal

ロドプシン分野を代表する総説と言えるだろう。
しかし 6 人の侍が執筆したこの総説の完成はたいへrhodopsin）、 後 者 は 微 生 物 型ロ ド プ シ ン （ microbial

んな難産であった。私は責任著者である Ernst 博士かrhodopsin）と呼ばれる。
動物型ロドプシンの光センサー機能は光を吸収するら最初に誘われた立場であるが、Editor の指定によると細胞質側で水溶性の三量体 G タンパク質を活性化す

2013 年 2 月の投稿〆切が遅れに遅れ、投稿したのは 7ることであり、昨年のノーベル化学賞につながった G月 14 日、アクセプトになったのは 10 月 25 日のことでタンパク質共役型受容体（G-protein coupled receptor）あった。結果として、我々が見つけたナトリウムポン
プ[2]も紹介することができた。ロドプシンに関する大河ドラマとして、皆さんの気力の充実しているときに一読をお勧めする。
引用文献[1] 神取秀樹 , ロドプシンの分子科学 , Mol. Sci. 5,A0043 (2011); 神取秀樹, 光受容タンパク質研究の現状, オプトジェネティクス pp. 3-23 (2013).
[2] K. Inoue et al. Nature Commun. 4, 1678 (2013).

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平成 26 年 1 月

神取グループの加藤善隆さんが日本生体エネルギー研究会討論会でベストポスター賞を受賞
井上 圭一 （名工大・A03 計画研究連携研究者）

ポスター発表を行いました。その中で加藤さんは K.
eikastus と は 別 の 海 洋 性 細 菌 で あ る Nonlabens

A03 計画班神取グループ（名工大）研究協力者の加dokdonensis から新たに発見された NaR である NdR2 に藤善隆さん（博士課程 1 年生）が、平成 25 年 12 月 18

ついて研究を行い、NdR2 は KR2 では輸送活性が見ら日（水）から 20 日（金）まで静岡県コンベンションアーれなかった、K+も H+と競合しながら輸送することを報

ツセンタ・グランシップで開催された日本生体エネル

告しました。さらに加藤さんは機能測定だけでなく、第 39 回討論会においてベストポスター

レーザーフラッシュフォトリシスによる光反応過程のギー研究会賞を受賞しました。

研究も行い、どの様にして NaR が周辺の環境に応じて本討論会では医学、薬学、理学、農学、工学、獣医

輸送するイオンを変化させるのか、そのメカニズムに水産学など幅広い分野から、生体中のエネルギーの生せまる結果についても発表を行いました。

産や運搬、利用などに関連した生体分子や生命現象にこの成果は本討論会で非常に大きな注目を集め、ポついての研究が発表され、1975 年から毎年冬に開催さスターセッション中は常に加藤さんのポスターの周りれています。には多くの聴衆が集まるほど反響を呼びました。その今回のポスターで加藤さんは、ナトリウム型ポンプ中で多数のレベルの高い質問が相次ぎましたが、彼はロドプシン（NaR）について発表を行いました。NaRそれらに対して堂々とした受け答えをし、自身の研究は真正細菌や古細菌などの持つ、光受容型膜タンパクの重要性について説明を行いました。その結果参加者質である“微生物型ロドプシン”の一種であり、昨年全員の投票によって、全 18 件のポスターの中から、2海洋性の細菌である Krokinobacter eikastus から初めて件のベストポスター賞のうちの一つに選出されました。

発見されました（Inoue, K.; Ono, H; Abe-Yoshizumi, R.;

今回のポスターの発表者には、博士号を持った若手研Yoshizawa, R.; Ito, H.; Kogure, K.; Kandori, H. (2013) Nat.

究者も多く、その中での博士課程 1 年生での受賞は加。この K. eikastus の持Commun., 4, Article number:1678）

藤さんの研究の重要性を表しています。また加藤さん

つ NaR（KR2）は光のエネルギーを使って、細胞の内は自分の発表だけでなく、口頭発表のセッションで他側から外側へ Na+イオンを輸送します。そしてさらにの研究者の発表に対しても積極的に質問を行うことで、Na+と同様に Li+も輸送する一方で、周囲の環境にそれ討論会の中で常に大きな存在感も示していました。

らよりサイズの大きなカチオンである K+や Rb+、Cs+

今回加藤さんが明らかにした NdR2 の K+輸送能の存しかない場合には H+を輸送することが昨年の論文で在は、わずかなアミノ酸の違いでタンパク質が輸送す明らかになっていました。

るイオンを制御することができる事を示唆しており、本討論会ではこの KR2 について井上がブレークス

今後本研究における新たな「柔らかな分子」の創成にルー講演を行い、また神取グループから 4 人の学生がも大きな知見を与えることが期待されます。

左図：今回のポスターで加藤さんが発表した NdR2 のイオン輸送活性
右図：日本生体エネルギー研究会討論会ベストポスター賞を受賞した加藤さん

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平成 26 年 1 月

4th Asian Spectroscopy Conference
Aniruddha Adhikari(A02 Research Collaborator, RIKEN）

A Report

conference I had the opportunity to visit the lab ofProf. Howe-Siang Tan who specializes in ultrafast
multi-dimensional optical spectroscopy.

TheFourth

AsianSpectroscopy

After the conference was over, on 19th December, IConference

visited the group of Prof. Gang Chen at NTU. He(ASC2013) was recently held in Singapore from 16th

kindly took me on a tour of his lab, and I wasto 18th December 2013. With support from theintrigued by his efforts to study the unfolding

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative

mechanism of RNA segments using optical tweezers.

Areas, I had the chance to attend this conference

The following day (20th December) I went toand present my research work. The conference was

National University of Singapore (NUS) to visit theheld at the Nanyang Technological University

lab of Prof Qing-Hua Xu. There, I was able to watch(NTU), one of the premiere universities in theacountry. Spread over 3 days, each comprising 3

pump-probe

parallel sessions, the conference was host to more

and the post-talk discussions an unambiguous

vicinity of nonionic lipid monolayers at the
spectroscopic

technique,namely,excitation

backgrounds. The scientific sessions were intense,

results regarding the study of water structure in thenovel

multiphoton

ultrafastinteract with spectroscopists hailing from various

morning of 18th December. In my talk, I reported myaandnamely,counts. I shall cherish the opportunity I received toMy oral presentation was scheduled in theusing

experiments,

This trip was memorable for me on several

spectroscopy.

interfaceof

fluorescence microscopy.

than 200 participants from diverse fields ofair/water

couplereflection of the audience enthusiasm. I was

nonlinear

impressed by the fact that the scientific output ofheterodyne

Asian scientists was at par with the best in thedetected vibrational sum frequency generationworld. Singapore appealed to me with its efforts to(HD-VSFG). I showed how a monolayer of nonionicmarch along in this quest despite geographicallylipid causes a preferred ‘H-up’ orientation of thebeing only a tiny island nation. The scientificinterfacial water molecules despite the absence ofinfrastructure at the two premiere universities thatcharge on the headgroup of the individual lipids. II visited, namely NUS and NTU, looked quite

explained how hydrogen bonding between theimposing.

oxygen of the headgroup and the water molecules

I thank my postdoctoral supervisor Prof. Tahei

may hold the key to our understanding in such

Tahara for his encouragement and the generous

situations. This aroused the curiosity of thetravel grant, without which, this trip would notaudience, and I believe I was able to answer their

have been possible. I consider such supportqueries satisfactorily.

extremely valuable for young researchers, like me,

Besides the regular scientific sessions, during the

who are about to embark on a scientific career.

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平成 26 年 1 月

GPCR Workshop 2013 参加報告
吉田 一帆 （名工大・A03 計画研究協力者 M1）ながら討議しました。思ったように自分の意見が伝えられないことが悔しく、普段から積極的に外国人との2013 年 12 月 1 日から 5 日までハワイ・マウイ島で会話を試みる必要があると痛感しました。

行われた GPCR Workshop 2013 に助教の井上圭一先生、本新学術領域からの旅費支援にあたり、領域代表の博士研究員の片山耕大さんと参加しました。本新学術

田原先生からいただいた“発表を聞くだけでなく、積領域から若手研究者の研究促進のため旅費支援をいた極的に質問をするように心がける”という若手研究者だいたことにより、今回の海外渡航が実現しました。

に対するメッセージを胸に、会議中のオーラルセッシ

この場をお借りして深く感謝を申し上げます。

ョンで 1 回、質問をしました。クライオ電子顕微鏡をGPCR Workshop は、G タンパク質共役型受容体用いた研究を行っている先生の講演にて、発表された（G-protein coupled receptor; GPCR）の立体構造情報に結果が界面活性剤中のものであったので、脂質二重層基づく薬剤設計 (Structure Based Drug Design: SBDD)での観察が可能かどうかということを質問し、納得のをテーマとしており、GPCR に関連したタンパク質のいく回答を得ることができました。非常に質の高い討

構造解析を行う研究者が、学術機関だけでなく企業か論が飛び交う会議の中で質問ができたことは、今後別らも一同に会する研究会です。2012 年にノーベル化学の場面で討論する際における自信につながりました。

賞を受賞した Brian Kobilka 教授主催の下、今回で第 3

なお、“できれば学会の前後に興味のある大学の研究室回目 の開催とな る本会議では、 各国から最 先端のを訪問し、見分を広めることを推奨する”というメッ

GPCR 研究を行う研究者が数多く参加しました。

セージも同時にいただいていましたが、今回の会議は

私 は 「 The optical control of G-protein activity by

8 時 30 分から 21 時 30 分まで開催されていたため、残chimeric proteins of microbial rhodopsins and GPCRs（微念なことに現地の研究室を訪問することができません

生物型ロドプシンと GPCR のキメラによる G タンパクでした。一方、本会議では若手の女性研究者が多数参質活性化の光制御）」という題目で、七田芳則教授の研加しており、その中の多くの方がポスターを発表して究室（京大）との共同研究の成果をポスターにて発表いました。
国内では女性の GPCR 研究者が少ないので、しました。今回の発表では G タンパク質との相互作用積極的にポスターを聞きに行き、必ず 2 つ以上の質問に重要とされる GPCR の細胞質側ループをプロトンポをするよう心がけました。これまで同性の研究者と交ンプ型ロドプシンの対応する部位に挿入したキメラタ流する機会があまりなかったので、今回たくさん討論ンパク質の研究について報告しました。本研究は、本できたことはとても良い刺激になりました。

来 G タンパク質の活性化能のない微生物型ロドプシン

今回の海外渡航では、これまでに経験したことのなに活性化能をもたせるという機能転換（本領域におけい貴重な体験をすることができました。今後、これらる神取研の主要な課題）に成功したことに加え、リガの経験を活かし、ますます研究に打ち込んでいきたい

ンドの結合なしに光で G タンパク質の活性化が可能でと思います。

あるということについて、多くの方に興味を持っていただくことができ、帰国後のさらなる研究へのモチベーションにつながりました。これまでに日本で開催された国際会議にて研究を発表する機会が何度かありましたが、参加者のほとんどが日本人であり、英語で自分の研究を発表するという機会はあまりありませんでした。今回、初の海外の会議で全く日本語が通じない状況下での発表ということで、不安と緊張でいっぱいでしたが、一方で新しい経験に対する期待もあり、思い切って発表に臨むことができました。実際に、日本
語では簡単に答えられるような質問が多かったのです
総合討論の時間に飛び入りでプレゼンをする片山さん

が、英語では受け答えが難しく、それでも試行錯誤し18