光活性モノマーとしてナノスケールのリン脂質二重層（ナノディスク）に再構成された緑のプロテオホドプシン

地球の海洋と海全体で4000を超える推定プロテオホドプシン（PR）が確認されています。これらの真正細胞ロドプシンの最初のものは2000年に発見され、微生物プロトンポンプのファミリーを生命の3つのドメインすべてに拡大しました。古細菌のプロトンポンプであるバクテリオロドプシンの光物理学的特性と同様のPRSは、さまざまなフォトニックアプリケーションでの潜在的な使用にも関心を集めています。ここでは、タンパク質タンパク質とタンパク質脂質相互作用がPRの光物理学的特性にどのように影響するかをよりよく理解するために、ナノスケールのリン脂質二重層（ナノディスク）への最小光活性PR構造の最初の再構成を実行します。これらの複合体のスペクトル（定常状態および時間分解UV可視分光法）および物理的（サイズ排除クロマトグラフィーおよび電子顕微鏡）特性評価は、ナノディスク内の光活性Prモノマーの調製を確認します。具体的には、ナノディスクに埋め込まれている場合、モノマーPRは、洗剤溶解タンパク質に匹敵する滴定可能なPK（A）（6.5-7.1）およびフォトサイクル寿命（〜100〜200ミリ秒）を示します。また、これらのNDPRは、377または416 nmを中心とした光活性青シフト吸光度を生成します。これは、PRオリゴマーからのタンパク質間相互作用が高速光サイクルに必要であることを示しています。さらに、これらのモデル膜システムにより、椎間板直径（すなわち、10または12 nm）、二重層の厚さ（つまり、23または26.5Å）、および脂質アシル鎖の飽和度の変動により、PR光サイクルの変調がどのように可能かを示します。。Nanodiscsは、潜在的なデバイスアプリケーションに関連する非常に安定した環境も提供します。

Over 4000 putative proteorhodopsins (PRs) have been identified throughout the oceans and seas of the Earth. The first of these eubacterial rhodopsins was discovered in 2000 and has expanded the family of microbial proton pumps to all three domains of life. With photophysical properties similar to those of bacteriorhodopsin, an archaeal proton pump, PRs are also generating interest for their potential use in various photonic applications. We perform here the first reconstitution of the minimal photoactive PR structure into nanoscale phospholipid bilayers (nanodiscs) to better understand how protein-protein and protein-lipid interactions influence the photophysical properties of PR. Spectral (steady-state and time-resolved UV-visible spectroscopy) and physical (size-exclusion chromatography and electron microscopy) characterization of these complexes confirms the preparation of a photoactive PR monomer within nanodiscs. Specifically, when embedded within a nanodisc, monomeric PR exhibits a titratable pK(a) (6.5-7.1) and photocycle lifetime (∼100-200 ms) that are comparable to the detergent-solubilized protein. These ndPRs also produce a photoactive blue-shifted absorbance, centered at 377 or 416 nm, that indicates that protein-protein interactions from a PR oligomer are required for a fast photocycle. Moreover, we demonstrate how these model membrane systems allow modulation of the PR photocycle by variation of the discoidal diameter (i.e., 10 or 12 nm), bilayer thickness (i.e., 23 or 26.5 Å), and degree of saturation of the lipid acyl chain. Nanodiscs also offer a highly stable environment of relevance to potential device applications.