構造生物学：光駆動Na⁺ポンプのNa⁺輸送機構の構造基盤

Krokinobacter eikastusのロドプシン2（KR2）は、最初に発見された光駆動Na⁺ポンプで、次世代の光遺伝学ツールとして期待されている。全ての光駆動イオンポンプのイオン透過経路中に位置する、正の電荷を持つシッフ塩基プロトンは、プロトンでない陽イオンの透過を阻害すると考えられていたので、KR2の発見は、どのようにしてNa⁺輸送を実現するのかという新たな問題を提起した。今回我々は、中性と酸性の条件下でのKR2の結晶構造（それぞれ基底状態とM様中間体に対応する）を示す。構造と分光解析から、Asp116の反転が、Na⁺輸送を促進する輸送経路からシッフ塩基のプロトンを隔離するという開閉機構が明らかになった。我々は、今回得られた構造を基にして遺伝子工学により初めての光駆動K⁺ポンプを創出するとともに、哺乳類神経細胞での電気生理的測定や線虫での行動試験から、光駆動非プロトン陽イオンポンプの分子基盤を明らかにし、それにより次世代の光遺伝学ツール開発を進める道を開いた。

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