東大,原核生物が光で水素イオンを取込む構造解明

東京大学はX線結晶構造解析により,原核生物のアスガルドアーキアが持つロドプシンタンパク質の一種で,光のエネルギーを使って水素イオンを細胞内に取り込む機能をもつシゾロドプシンの立体構造を明らかにした(ニュースリリース)。

私たちヒトを含む,細胞に核を持つ生き物は真核生物と呼ばれ,全ての真核生物は核を持たないアーキアとよばれる生物から15~20億年前に進化したと考えられている。

アスガルドアーキアは,現存の生物種の中で,真核生物の起源となったアーキアに最も近いとされる原核生物。このアスガルドアーキアからは,2020年に光に応答するロドプシンの一種であるシゾロドプシンが発見され,水素イオンを細胞内へ運ぶ機能を持っていることが初めて報告された。

アスガルドアーキアが真核生物へと変化する過程で,太陽光や酸素のある環境に順応するために,シゾロドプシンによる水素イオンの取込みが関わっている可能性が考えられたが,シゾロドプシンが水素イオンを,どの様にして効率的に細胞内に運ぶのか,そのメカニズムは不明だった。

研究グループは今回,シゾロドプシンの構造を他のロドプシンと比較することで,従来不明だったロドプシンの分子進化におけるシゾロドプシンの位置づけを明らかにした。また,シゾロドプシンは細胞内側の膜貫通領域が短く,水素イオンをタンパク質の細胞内側に放出しやすい構造をしており,細胞の外から取り込んだ水素イオンを細胞内側の溶媒へ直接放出するという,既知のロドプシンとは異なる水素イオンの輸送機構が明らかになった。

研究グループは,この研究によって,構造情報をもとにしたシゾロドプシンの機能改変ができるようになり,医学研究への分子ツールとしての応用研究が進展していくことが期待されるとしている。

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