非天然アミノ酸を利用した光遺伝学ツール作成法

プログラム

医学系研究助成　基礎

所属機関

大学共同利用機関法人　自然科学研究機構　生理学研究所

所属部署

神経機能素子研究部門

キーワード

非天然アミノ酸　光遺伝学　イオンチャネル

研究結果の概要

光遺伝学は光による低侵襲・高時空間分解能での神経活動の制御を可能とし、神経科学や基礎医療研究の発展に大きく貢献した。この技術は、自然界に存在する光感受性タンパク質の存在に大きく依存している。本研究では、光反応性の非天然アミノ酸導入法を用いることで、標的タンパク質を“狙って”光感受化する手法の適用性と有効性を評価した。
K+チャネルであるKcsAに光異性化非天然アミノ酸を導入し、その活性を光制御することに成功した。また、ホスホイノシチド（PI）脱リン酸化酵素であるINPP4Bにケージドセリンを導入し、INPP4Bにより活性が制御されるtwo-pore channel 3（TPC3）の電流測定でその酵素活性を読み取ることで、活性を光制御できていることを確認した。このような結果は、光反応性非天然アミノ酸を利用して多様なタンパク質の活性を制御できることが実証するものであり、分子指向型の光遺伝学に有用であることを実証している。また、研究の本筋とは異なるが、TPC3の分子メカニズムを詳細に調べ、PIによる活性化と電位依存的な活性化の切り替えメカニズムを解明した。

公表論文

Conformational rearrangements in the second voltage sensor domain switch PIP2- and voltage-gating modes in two-pore channels
Proc Nati Acad Sci USA
120, e2209569120 (2023)