KATO Lab Reseaech

1. 微生物型ロドプシンの構造機能解析

ヒトから微生物まで殆どの生物は光を受容し、その光情報やエネルギーを用いて行動しています。この光情報の受容には多くの場合、"レチナール"と呼ばれる低分子を結合した"ロドプシンファミリータンパク質"が用いられており、私たちがモノを見ることができるのも、元を正せば私たちの眼の中でこのロドプシンが光を受容してくれるためです。

しかし、ロドプシンはヒトのような動物だけではなく様々な微生物にも存在しており、しかもその機能は動物が持つロドプシンよりも非常に多様であることがわかってきています。また、微生物が持つこうした多様なロドプシンは、近年、光を用いて生命現象（特に神経細胞の活動）をコントロールするためのツール（オプトジェネティクスツール: optogenetics tool）として利用できることが分かり、脚光を浴びています。

加藤研では、オプトジェネティクスツールの主役であるイオンチャネル型ロドプシンを中心に、様々なロドプシンタンパク質の構造機能解析を行い、「なぜロドプシンは光エネルギーをイオン輸送や環状ヌクレオチドの合成分解など、様々な分子機能へと変換することができるのか」という疑問に答えを与えるべく、そのユニークな性質の分子機構について研究を行なっています。

これまでに陽イオンチャネル型ロドプシン、Na+ポンプ型ロドプシン、天然型陰イオンチャネルロドプシン、人工型陰イオンチャネルロドプシンといったロドプシンタンパク質の構造決定に成功し、構造情報に基づいた各種機能解析を行うことで、それぞれのタンパク質が持つ機能の構造基盤を明らかにしてきました。

1. 微生物型ロドプシンの構造機能解析

2. GPCR、エフェクター因子の構造機能解析

ヒトを含めたあらゆる生物は、光や熱、ホルモンや神経伝達物質といった細胞外からの刺激(=リガンド)を受け取り、その刺激情報を細胞内へと伝達する必要があります。細胞外刺激を細胞内情報へと変換・伝達する受容体膜タンパク質のうち、最大のファミリーを形成しているものがGタンパク質共役型受容体（GPCR）であり、ヒトの場合その数は800種類を超えると考えられています。しかし、GPCRのリガンド認識機構や細胞内への情報伝達機構(=エフェクター因子の選択性・エフィカシー・バイアスシグナル等)には未だ不明な点が多く、加藤研ではこうした諸問題を解き明かすため日々GPCRの構造機能研究を重ねています。

また、GPCRはそのファミリーの大きさから殆どあらゆる生理現象に関与されていると考えられており、GPCRの機能破綻は多くの場合重篤な疾患へと繋がることが知られています。現在市場に出回っている薬はその30%以上がGPCRを標的としており、GPCRの構造機能研究は新たな創薬シーズ開発へと繋がることが期待されます。

これまでに、食欲、痛覚、血圧、薬物依存などに関与し、がん細胞マーカーとしても着目されているニューロテンシン受容体とGタンパク質の複合体構造決定に成功し、ニューロテンシン受容体によるsequentialなGタンパク質活性化機構の構造基盤を明らかにしてきました。