当研究室では『光をくすりにする！？』をキャッチコピーに、光を吸収して仕事をするタンパク質「ロドプシン」の生物物理化学研究を行っています。光を使ってあらゆる病気の治療や物質創出ができる未来を目指しています。
In our laboratory, we conduct biophysical chemistry research on the protein "rhodopsin," which absorbs light, with the slogan "From Light into Medicine!?" We aim for a future where all kinds of diseases can be treated and beneficial substances can be produced using light.
<解説／総説 in Japanese>
須藤雄気, 小島慧一 & 川西志歩 “光＋ロドプシン＝くすり” (2022) フォトニクスニュース 7, 153-158.
須藤雄気 & 小島慧一 “マルチタレント光受容タンパク質「ロドプシン」” (2021) 現代化学. 5, 50-53.
須藤雄気 & 小島慧一 “微生物ロドプシンの多様性と可能性” (2020) 生物物理 60, 209-214.
<Review/Perspective in English>
*Sudo Y, Kojima K, & Kawanishi S. "Light + Rhodopsin = Medicinal products!?" (2024) Photonics Review 240206.
*Kojima K, & *Sudo Y. “Convergent evolution of animal and microbial rhodopsins“ (2023) RSC Adv. 8, 5367-5381.
Kojima K, Shibukawa A & *Sudo Y. “The unlimited potential of microbial rhodopsins as optical tools” (2020) Biochemistry 59, 218-229.
「光をくすりへ！？」の実現のため、地球上の極限環境に生息する生物（例：温泉、深海、塩湖、硬水、工場排水等）に着目し、自然に眠るロドプシンの発掘を行っています。
We are conducting research on the discovery of novel rhodopsins to support "From Light into Medicine?". Here, we are focusing on organisms living in extreme environments on Earth.
【主な成果】(2006) JMB, (2008, 2011a, 2013a, 2025b) JBC, (2009ab, 2010, 2019) Biochemistry, (2017) JACS, (2017b, 2020b, 2021, 2023) Sci. Rep., (2018) PCCP., (2019) PNAS, (2023) Chem. Pharm. Bull., (2024) ISME J.
*Kojima K, Kawanishi S, Nishimura Y, Hasegawa M, Nakao S, Nagata Y, Yoshizawa S & *Sudo Y. “A blue-shifted anion channelrhodopsin from the Colpodellida alga Vitrella brassicaformis” (2023) Sci. Rep. 13, 6974.
要約：海洋に生息するコルポデラ網藻類から、アニオンチャネルロドプシン（ACR）の中で最も短波長に吸収極大（440 nm）を示す分子を見出した（VbACR2と命名）。紫外線〜青色光応答性の神経抑制ツールとしての利用が期待される。
Kurihara M, Thiel V, Takahashi H, Kojima K, Ward DM, Bryant DA, Sakai M, Yoshizawa S, & *Sudo Y. “Identification of a functionally efficient and thermally stableoutward sodium-pumping rhodopsin (BeNaR) from a thermophilic bacterium“ (2023) Chem. Pharm Bull. 71, 154-164【link】
要約：米国イエローストーン国立公園内の高温の池から、新規Na+ポンプロドプシンを発見し、その分光特性を明らかにした。D3・栗原さんの成果、ペンシルベニア州立大学・Bryant博士、東京大学・吉澤博士との共同研究。
Kojima K, Yoshizawa S, Hasegawa M, Nakama M, Kurihara M, Kikukawa T, & *Sudo Y. “Lokiarchaeota archaeon Schizorhodopsin-2 (LaSzR2) is an inward proton pump displaying a characteristic feature of acid-induced spectral blue-shift” (2020) Sci. Rep. 10, 20857.
要約：遺伝子情報データベースを元にした系統解析から、特徴的な古細菌由来のロドプシン（LaSzR2と命名）を抽出し、大腸菌での組み換え発現・精製・解析から、光駆動内向きH+ポンプ機能と特異的なpH依存的波長変化を解明した。
Niho A, Yoshizawa S, Tsukamoto T, Kurihara M, Tahara S, Nakajima Y, Mizuno M, Kuramochi H, Tahara T, Mizutani Y, & *Sudo Y. “Demonstration of a light-driven SO42- transporter and its spectroscopic characteristics” (2017) J. Am. Chem. Soc. 139, 4376-4389.
要約：スイスーイタリア国境の鉱山を流れる河川の特異性（硫酸イオンが300 mM）に着目し、藍藻Synnecosystisから世界で初めて二価多原子イオンである硫酸イオン（SO42-）輸送体（SyHRと命名）を発見し、その分光特性を明らかにした。仁保さん（B5：当時）の力作。
「光をくすりへ！？」の実現のため、探索で見出したロドプシンの機能・構造解析を行い、ロドプシンの機能・性質の理解と拡張（例：耐熱性分子、吸収波長（色）の拡張、基質イオンの拡張、新たな光反応の発見等）を行っています。
The realization of "From Light into Medicine!?" requires the expansion of rhodopsin's functions and properties. Here, we are discovering new functions and properties of rhodopsins through functional and structural analysis of rhodopsins found in our exploration.
【主な成果】(2002, 2023) BBA, (2002, 2008, 2020) Biophys. J., (2003, 2004, 2005, 2008, 2011ab, 2012) Biochemistry, (2005, 2023) JACS, (2006, 2007, 2011b, 2025a) JBC, (2009) JMB, (2012, 2013, 2014ab, 2017) JPCB, (2014) ACIE, (2020a) Sci. Rep., (2021) Protein Sci., (2021) eLife., (2025) JPCL.
Tsuneishi T, Takahashi M, Tsujimura M, Kojima K, Ishikita H, Takeuchi Y, & *Sudo Y. “Exploring the retinal binding cavity of archaerhodopsin-3 by replacing the retinal chromophore with a dimethyl phenylated derivative” (2021) Front. Mol. Biosci. 8, 794948.
要約：ビニル基付加レチナール（発色団）誘導体を有機合成し、光遺伝学に広く用いられるAR3の機能・分子特性の変換に成功した。恒石くん（M1：当時）の力作＆石北央博士（東京大学）・竹内靖雄博士（岡山大学）との共同研究。
「光をくすりへ！？」の実現のため、探索・解析で見出したロドプシンを用いて、様々な生物（動物・植物・微生物）の生命機能を光で制御・操作する手法の開発と社会実装への展開（例：光アポトーシス誘導とがん治療、光バイオマス増産、光物質送達、光膜電位イメージング等）を行っています。
The realization of "From Light into Medicine!?" requires the control and manipulation of biological functions by rhodopsins. Here, we are conducting research aimed at developing and implementing techniques to control and manipulate various life functions in animals, plants, and microorganisms using light, utilizing rhodopsins discovered through exploration and analysis.
【主な成果】(2006) PNAS, (2012, 2013b, 2016) JBC, (2015, 2023) Nat. Commun., (2015, 2022) JACS, (2017a, 2019) Sci. Rep., (2018, 2020) JPCL, (2020, 2024) JPCB, (2023) ACS Omega, (2023) Chem. Commun.
Tsuneishi T, Kojima K, Kubota F, Harashima H, Yamada Y & *Sudo Y. “Development of light-induced disruptive liposomes (LiDL) as a photoswichable carrier for intracellular substance delivery” (2023) Chem. Commun. 59, 7591-7594.【科学新聞2023/6/23等】
要約：2018年に小笠原諸島近海から見出した内向き光駆動プロトンポンプロドプシン（RmXeRと命名）とpH感受性リポソームを組み合わせ、緑色光で壊れるリポソームの開発と動物細胞内への物質送達（光崩壊性物質送達キャリアーとしての応用）に成功した。恒石くん（M卒）の力作＆山田勇磨博士（北海道大学）との共同研究。
Kawanishi S, *Kojima K, Shibukawa A, Sakamoto M, & *Sudo Y. “Detection of membrane potential-dependent rhodopsin fluorescence using low-intensity light emitting diode for long-term imaging” (2023) ACS Omega 8, 4826-4834. 特願2020-70136
要約：膜電位依存性ロドプシン（Archon-1）と高感度sCMOSカメラを用いて、動物細胞の長時間膜電位変化の測定系を確立した。生体内で起こる遅い膜電位変化の測定法としての活用が期待される。川西さん（M卒）の力作＆坂本雅行博士（京都大学）との共同研究。
Nakao S, *Kojima K, & *Sudo Y. “Phototriggered apoptotic cell death (PTA) using the light-driven outward proton pump rhodopsin archaerhodopsin‑3” (2022) J. Am. Chem. Soc. 144, 3771-3775.【日経新聞2022/2/18, PCT/JP2021/043071等】
要約：外向きプロトンポンプロドプシンAR3を動物細胞・線虫個体に導入し、光誘起細胞内アルカリ化に基づく細胞の光アポトーシス（細胞死）誘導法を開発した。光ガン治療への応用が期待される。中尾くん（B6）の力作。
Kojima K, Miyoshi N, Shibukawa A, Chowdhury S, Tsujimura M, Noji T, Ishikita H, Yamanaka A, & *Sudo Y. "Green-sensitive, long-lived, step-functional anion channelrhodopsin-2 variant as a high-potential neural silencing tool” (2020) J. Phys. Chem. Lett. 11, 6214-6218.【日経新聞 2020/8/14】
要約：動物細胞・個体の光神経抑制に用いられるロドプシン・ACR2を対象に、発色団レチナール近傍への合理的変異を導入することで、カラーバリアント、イオンチャネル開時間の長寿命化、ステップファンクション化に成功した。マルチタレントな光神経抑制ツール としての利用が期待される。三好さん（M卒）の力作＆石北博士（東京大学）・山中博士（名古屋大）との共同研究。
Yamanashi T, Maki M, Kojima K, Shibukawa A, Tsukamoto T, Chowdhury S, Yamanaka A, Takagi S, & *Sudo Y. “Quantitation of the neural silencing activity of anion channelrhodopsins in Caenorhabditis elegans and their applicability for long-term illumination” (2019) Sci. Rep. 9, 7863.
要約：動物モデルとして線虫（C. elegans）を用いて、イオン輸送型ロドプシンによる神経抑制活性の定量的解析法を確立した。アニオンチャネルロドプシン（ACR）は従来の神経抑制ツールよりも1,000倍以上高効率であることを明らかにした。山梨くん（M2：当時）・真木さん（M卒）の力作・山中博士（名古屋大）との共同研究。
「光をくすりへ！？」の実現を支えるため、探索・解析・利用に用いる光学材料の開発や光生物学に関する研究（例：タンパク質型光検出器、超高速光創成・操作法、光細胞死誘導等）を行っています。
The realization of "From Light into Medicine!?" requires the development of light sources and understanding the light responsiveness of organisms. Here, we are conducting research on the development of optical materials (such as ultrafast light spot generation and control, light detectors, etc.) and on the study of photobiology.
【主な成果】(2015) Chem. Commun., (2015) Langmuir, (2019) Mol. Crys. Liq. Crys., (2023) BBRC, (2024) Nat. Commun., (2024) Front. Phys.
Shibukawa A, Higuchi R, Song G, *Mikami H, *Sudo Y. & *Jang M. “Large-volume focus control at 10 MHz refresh rate via line-scanning amplitude-encoded scattering-assisted holography” (2024) Nat. Commun. 15, 2926.【日経新聞2024/4/9等】【プレスリリース】
要約：高速1D SLM (Spatial Light Modulator)とホログラフィーを融合した超高速光パターン照射法を開発した。従来の空間光変調器の約1,500倍高速（切り替え速度0.03 µs）な照射法であり、変化の大きな生物個体への適用が期待される。渋川さん（特任助教）の力作＆三上博士（北海道大学）・Jang博士（KAIST）との共同研究。
Ono R, Saeki N, Kojima K, Moriya H, & *Sudo Y. “Demonstration of iodide-dependent UVA-triggered growth inhibition in Saccharomyces cerevisiae cells and identification of its suppressive molecules “ (2023) Biochem. Biophys. Res. Commun. 677, 1-5.【link】
要約：真核細胞のモデルである出芽酵母において、紫外線（UVA）依存的な細胞死を起こすことを発見し、遺伝学的手法を用いてその阻害因子を同定した。新たな殺菌法とその応用への展開が期待される。M卒・小野君の成果、岡山大学・守屋博士との共同研究。
Shibukawa et al., (2024) Nat. Commun. ホログラフィを利用した超高速光スポット作成・操作法の開発【link】【プレスリリース】
Tsuneishi et al., (2023) Chem. Commun. 光誘起崩壊リポソームの開発と薬物への応用【link】【プレスリリース】
Kawanishi et al., (2023) ACS Omega ロドプシンを用いた膜電位の長時間イメージング法の開発【link】
Suzuki et al., (2023) J. Am. Chem. Soc. 光駆動H+ポンプの水素結合ネットワーク解明【link】【プレスリリース】
Nakao et al., (2022) J. Am. Chem. Soc. 光惹起アポトーシス誘導法の開発【link】【プレスリリース】
Tsujimura et al., (2021) eLife 神経抑制に役立つタンパク質の巧みな光応答メカニズムを解明【link】【プレスリリース】
Kojima et al., (2020) J. Phys. Chem. Lett. 神経活動を操作する光スイッチタンパク質の開発【link】【プレスリリース】
Needham et al., (2019) Proc. Natl. Acad. Sci. USA ウイルスロドプシンの発見【link】
Yamanashi et al., (2019) Sci. Rep. アニオンチャネルロドプシンによる超高感度神経抑制【link】
Takayama et al., (2018) J. Phys. Chem. Lett. ビニル化発色団アナログを用いた光開閉型イオンチャネルの創成【link】
Niho et al., (2017) J. Am. Chem. Soc. 光ではたらく硫酸イオン輸送体「SyHR」を発見【link】【プレスリリース】
Iyer et al., (2016) J. Am. Chem. Soc. 好熱菌由来のロドプシンが示す超高速光異性化反応【link】
Tsukamoto et al., (2016) J. Biol. Chem. 好熱菌由来のロドプシンの構造決定と光神経抑制活性【link】
Kato et al., (2015) Nat. Commun. 神経制御に利用可能な短波長吸収ロドプシンの合理的設計【link】【プレスリリース】
Inoue et al., (2015) J. Am. Chem. Soc. 光で電位を制御する人工タンパク質を創成【link】【プレスリリース】
Tsukamoto et al., (2013) J. Biol. Chem. 好熱菌由来ロドプシンの発見【link】
Sudo et al., (2011) J. Biol. Chem. 光センサー型ロドプシンの波長制御機構の解明【link】
Sudo et al., (2011) J. Biol. Chem. 光駆動プロトンポンプと光センサーの間の性質を示すロドプシンの発見【link】
Sudo et al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 光駆動プロトンポンプから光センサーへの機能変換【link】
Sudo et al., (2005) J. Am. Chem. Soc. 光センサー型ロドプシンに特異的なC-H伸縮振動バンドの同定【link】
