微生物ロドプシンを「共通番号」で読み解く ―多様なロドプシンを比較するMOナンバリングシステムを開発―

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2026-11-06 東京大学,科学技術振興機構

東京大学などの国際研究グループは、多様な微生物ロドプシンのアミノ酸残基を共通の番号で表し、構造や機能を比較できる「MOナンバリングシステム」を開発した。微生物ロドプシンは、光を吸収するレチナールを含む膜タンパク質で、光エネルギーを利用したイオン輸送や情報伝達などを担う。しかし、種類によってアミノ酸配列の長さや配列番号が異なるため、機能に重要な部位を横断的に比較することが困難だった。研究チームは、69件の実験構造とAI構造予測ツールBoltz-1による60件の予測構造を解析し、7本の膜貫通ヘリックスからなる共通構造を基準に番号を割り当てる方法を確立した。さらに、約4万件の配列データを用いて、機能が未知のロドプシン群にも適用できることを確認した。異なるロドプシンの構造・機能情報を統一的に比較できるため、未知タンパク質の機能解明や、光で細胞活動を制御する光遺伝学ツールの設計に役立つと期待される。

微生物ロドプシンを「共通番号」で読み解く ―多様なロドプシンを比較するMOナンバリングシステムを開発―

微生物ロドプシンの「共通座標」を作るMOナンバリングシステム
<関連情報>

微生物ロドプシンの汎用残基番号付けシステム A generic residue-numbering system for microbial rhodopsins

Flurin S. Hidber, Seiya Tajima, Koichiro E. Kishi, Yosuke Nishimura, Susumu Yoshizawa, Xavier Deupi & Hideaki E. Kato
npj Structural Biology  Published:05 November 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44511-026-00004-w

Abstract

Microbial rhodopsins are photoreceptors with a conserved seven-transmembrane core architecture that use the chromophore retinal—a vitamin A derivative—to convert light absorption into ion transport, signaling, and enzymatic activity. Since their discovery half a century ago, genome sequencing has uncovered thousands of these proteins across archaea, bacteria, eukaryotes, and viruses, revealing a diverse functional repertoire that includes ion pumps and channels, transducer activators, and enzyme/channel regulators. Although the structure of the seven-transmembrane bundle core and the retinal-binding pocket is highly conserved, the sequence identity across major classes is low. This low sequence identity, combined with the rapidly expanding number of microbial rhodopsins identified by metagenomics, makes direct comparisons across the superfamily increasingly difficult. Here, we introduce a generic residue-numbering system for microbial rhodopsins (MO numbering system), a structure-guided framework anchored to the retinal-binding pocket that enables consistent residue comparison across even the most divergent family members. Analyzing 129 structures and approximately 40,000 sequences, we demonstrate its utility by analyzing sequence–structure–function relationships across the superfamily, including previously uncharacterized members. The MO numbering system provides a common language for organizing the growing repertoire of microbial rhodopsins, integrating structural, spectroscopic, and electrophysiological data, and engineering next-generation optogenetic tools.

生物化学工学
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