東京大学,京都大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年２月３日

東京大学
京都大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

新規光駆動型イオンチャネルの構造解明と高性能分子ツールの創出

～神経科学に光を当てる～

ポイント

光遺伝学は特定の神経細胞の活動を「光」によって制御する革新的技術であり、今や神経科学において必須の技術となっています。光遺伝学には光受容たんぱく質であるチャネルロドプシンがツールとして利用されており、日々新規の光遺伝学ツールが発見、改良されています。

近年自然界から発見されたチャネルロドプシンであるＣｈＲｍｉｎｅは、高いイオン電流、高い光感受性、長波長光によって活性化されるという光遺伝学ツールとして非常に強力な性能を持っているだけでなく、機能はチャネルロドプシンであるにも関わらず、アミノ酸配列はポンプ型ロドプシンと近いという興味深い特徴を持っていました。しかしＣｈＲｍｉｎｅがなぜイオンチャネルとして働くことができるのかは不明でした。

今回、東京大学 大学院総合文化研究科の岸 孝一郎、加藤 英明 准教授らのグループは、クライオ電子顕微鏡を用いてＣｈＲｍｉｎｅの立体構造を決定することに成功しました。その結果、ＣｈＲｍｉｎｅは大域的にはポンプ型と良く似ている一方、局所的には従来のポンプ型、チャネル型には見られない構造的特徴を複数持っており、このことがＣｈＲｍｉｎｅのユニークな分子機能の決定に寄与しているということが分かりました。さらに得られた立体構造の知見から、長波長光によって活性化されるというＣｈＲｍｉｎｅの性質をさらに向上させた改変型ＣｈＲｍｉｎｅを開発し、３色の可視光を利用して複数の神経細胞集団を同時に光操作・計測するという、より発展的な光遺伝学実験を可能にしました。

本研究成果は、多様なチャネルロドプシンがイオンチャネルとして機能する仕組みに対する理解を深めたというだけでなく、新規ロドプシンの設計や創製に対する道標、そして神経科学分野へ強力なツールを提供したという点で、神経科学、医療の発展につながることが期待されます。

本研究成果は、２０２２年２月２日（米国東部標準時）に米国科学誌「Ｃｅｌｌ」のオンライン版に掲載されます。

本研究は主に、「ＪＳＴ 創発的研究支援事業（課題番号：ＪＰＭＪＦＲ２０４Ｓ）」、「ＪＳＴ ＣＲＥＳＴ（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ２１Ｐ３）」、「ＪＳＴ さきがけ（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ１７８２、ＪＰＭＪＰＲ１８８８）」「ＡＭＥＤ－ＢＩＮＤＳ（課題番号：ＪＰ１８ａｍ０１０１０７９）」「科学研究費助成事業（課題番号：ＪＰ２０Ｋ２１３８３、ＪＰ２１Ｈ０１８７５）」の支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Structural basis for channel conduction in the pump-like channelrhodopsin ChRmine”
ＤＯＩ：10.1016/j.cell.2022.01.007

＜お問い合わせ先＞

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