移動性の鳥類の航法能力は、クリプトクロム4（CRY4）における光依存的ラジカル対化学に由来すると考えられているが、光化学からシグナル伝達へ結合する遅い構造遷移は未解明のままである。ここでは、温度制御した定常状態UV-可視分光と水素-重水素交換質量分析（HDX-MS）を組み合わせることで、ハトCRY4（ClCRY4）の光化学的および立体構造的ダイナミクスを解明する。5-25 ℃での定常状態測定により、低温はFADの光還元を遅くし、FAD中性セミキノンのシグナル状態を長引かせることが示される。これは溶媒速度論的同位体効果なしで起こり、FAD中性セミキノン形成における律速段階がプロトン移動ではなく立体構造変化であることを示唆する。青色光曝露下での同時HDX-MSにより、FAD結合部位およびC末端領域の近傍に保護が生じることが同定される。感度を高めるために、10 ℃でポンプ-プローブHDX-MSを開発した。これにより、リン酸結合ループ、突出モチーフ、電子移動鎖ループ、C末端テールの範囲にある8つのペプチドが、迅速（≤10 s）かつ持続的な光誘起保護を示すことがわかり、FAD中性セミキノンの蓄積に先立つ初期の立体構造再編成を描き出す。HDX保護の立ち上がりが遅いこと、ならびにリン酸結合ループにおける重水素取り込みの二峰性パターンは、シグナル種の蓄積の時間スケールにおける局所的な立体構造サブ状態の再分配も示す。CTT内での部位特異的変異導入はこれらの知見を支持し、青色光が、スピン対分離の2つの領域の近傍でタンパク質を迅速にクランプ状に固定したのち、表面ループの律速的な閉鎖が続くというモデルにつながる。CRY4の光活性化後に続く時間依存的な構造遷移の解像により、量子ラジカル対形成と古典的な立体構造変化との界面が明確になり、鳥類の磁気受容を支える分子イベントに対する強化された構造的枠組みも提供される。
https://doi.org/10.64898/2026.08.27.747556