海ミミズが特殊なタンパク質で太陽光と月光を区別する仕組みを解明

これらの構造解析の結果と、主にマインツ大学で行われた生化学的研究の結果は、暗闇の中でL-Cryは、安定した接続によって結合された2つのサブユニットからなるいわゆる二量体の配置を採用していること、そして強い日光に似た照明下ではそのサブユニット、または単量体に分解することを明らかにしました。このオープンアクセス記事は「逆光オリゴマー化機構を持つ海洋クリプトクロム」（A Marine Cryptochrome with an Inverse Photo-Oligomerization Mechanism）と題されています。

暗闇での2つのサブユニットの空間配置は、他のCryタンパク質で観察されていない特異なものであり、通常とは異なる配置に対応しています。また、光によって引き起こされる変化の方向も珍しく、他のCryタンパク質では逆のプロセス、すなわち暗闇での単量体配置から光の下での二量体またはより長いオリゴマー配置への変化が記述されています。研究チームはまた、この珍しい挙動に重要なタンパク質内の主要な構造特徴を特定することができました。さらに、3次元構造の知識により、研究者たちはL-Cryタンパク質に目的の変異を導入し、その光受容体としての機能をさらに特徴づけることができました。

「私たちの発見は、L-Cryが日光と月光をどのように区別するかを説明するかもしれません：強い日光は常に二量体の両方のサブユニットを同時に活性化させ、個々のサブユニットへの分解を開始します。しかし、はるかに弱い月光は、統計的には二量体の2つのサブユニットのうち1つだけを活性化します」と、マインツ大学分子生理学研究所のエヴァ・ウォルフ教授が説明しました。彼女はマインツ大学での研究を率いています。この研究の結果は、機能の広範囲にわたる非常に多様なCryタンパク質の中でL-Cryのユニークさを強調しています。例えば、これらは鳥類における地球磁場の知覚のセンサータンパク質であるとも考えられています。

周月時計の分子プロセスの解読の最初のステップ

「光に敏感なタンパク質を扱うことは常に挑戦です」と、マインツ大学のエヴァ・ウォルフ博士（Eva Wolf ,PhD）の研究グループで博士課程の学生であるホン・ハ・ヴー氏が述べました。「L-Cryタンパク質の解析のためには、これら非常に光に敏感なタンパク質の意図しない事前活性化を防ぐために、すべての実験プロセスを暗闇または特定の赤色光条件下で行う必要があります。L-Cryの機能の特徴づけには、ミミズが自然の生息地で遭遇する水中の自然な日光と月光照明に似た照明条件を使用することも必要です。それによってのみ、私たちはL-Cryの日光および月光受容体としての特定の特性を他のクリプトクロムと比較することができます。」

そして、エヴァ・ウォルフ教授は次のように付け加えました：「私たちの調査により、この最も特異な日光および月光受容体の作動についての重要な新しい洞察が提供されました。さらに、L-Cryの機能に関する私たちの構造的および分子的メカニズムの洞察により、月の位相と周月時計の同期に関与するまだほとんど未知の分子プロセスをよりよく理解するための今後の研究への道が開かれました。」

以上の研究成果は、Nature Communications誌に掲載されたもので、マインツ大学のエヴァ・ウォルフ博士（Eva Wolf ,PhD）が主導したこの研究は、周月時計の分子プロセスに関する理解を深める新たな一歩を示しています。周月時計は、動物が月の周期に合わせて生理的プロセスを調整する能力を指し、この研究はその分子レベルでの理解を進展させるものです。

「海洋性クリプトクロムの逆フォトオリゴマー化メカニズム（A Marine Cryptochrome with an Inverse Photo-Oligomerization Mechanism）」と題されたこの論文は、光に反応するタンパク質の研究において、特に光の異なる強度が生物学的プロセスにどのように影響を与えるかについての新たな理解を提供します。この研究は、特定の光条件下でのL-Cryタンパク質の構造を明らかにすることで、これまでにない方法で光に反応する生物学的メカニズムを解明しました。

[News release] [Nature Communications article]