網膜発色団をその合成ビニレン誘導体に置き換えることにより、光依存性プロトンチャネルの生産

ロドプシンは、アポタンパク質オプシンとビタミンAアルデヒド網膜、A1-網膜、およびA2-網膜が天然クロモフォアである膜包埋光受容体タンパク質として生物に広く分布しています。オプシンの修飾（例：突然変異による）は、光によって細胞活性を制御するための化学生物学のツールを提供するだけでなく、ロドプシンの光誘導機能の分子メカニズムに関する洞察を提供しました。この研究では、アポタンパク質オプシンの代わりに、網膜発色団に焦点を合わせ、A2-網膜の3つのビニレン誘導体を合成しました。そのうちの1つであるC（14） - ビニレンA2網膜（14V-A2）は、光駆動型プロトンポンプArchaerhodopsin-3（AR3）のオプシンに正常に組み込まれました。電気生理学的実験により、14V-A2を備えたAR3（Archaeopsin3、AO3）のオプシンが光誘発プロトンチャネルとして機能することが明らかになりました。エンジニアリングされたプロトンチャネルは、AR3の特性とは大きく異なる特徴的な光化学特性を示しました。したがって、AR3の発色団を置き換えることにより、プロトンチャネルの生成に成功しました。

Rhodopsin is widely distributed in organisms as a membrane-embedded photoreceptor protein, consisting of the apoprotein opsin and vitamin-A aldehyde retinal, A1-retinal and A2-retinal being the natural chromophores. Modifications of opsin (e.g., by mutations) have provided insight into the molecular mechanism of the light-induced functions of rhodopsins as well as providing tools in chemical biology to control cellular activity by light. Instead of the apoprotein opsin, in this study, we focused on the retinal chromophore and synthesized three vinylene derivatives of A2-retinal. One of them, C(14)-vinylene A2-retinal (14V-A2), was successfully incorporated into the opsin of a light-driven proton pump archaerhodopsin-3 (AR3). Electrophysiological experiments revealed that the opsin of AR3 (archaeopsin3, AO3) with 14V-A2 functions as a light-gated proton channel. The engineered proton channel showed characteristic photochemical properties, which are significantly different from those of AR3. Thus, we successfully produced a proton channel by replacing the chromophore of AR3.