光受容蛋白質ロドプシンに見るG蛋白質共役型受容体の活性化状態形成機構の最適化

• Project/Area Number: 09J01046
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐藤 恵太 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2010: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: VALオプシン / ロドプシン / G蛋白質共役型受容体 / 分子進化 / オプシン / 錐体視物質 / 視物質 / 光受容蛋白質

Research Abstract

VA/VALオプシンは分子系統樹上において、脊椎動物型視物質が多様化する前に分岐したと考えられる蛋白質であり、その性質を決定することで脊椎動物型視物質に共有される性質が、祖先型蛋白質が進化する過程のどの段階で獲得されたかについて情報を得られると考えた。
これまでの知見として、脊椎動物型視物質と、無脊椎動物型ロドプシンやパラピノプシンの性質を比較すると、脊椎動物型視物質の活性状態は紫外部に、無脊椎動物型ロドプシンやパラピノプシンなどの活性状態は可視部に吸収極大があることが知られている。さらに無脊椎動物型ロドプシンやパラピノプシンの活性状態に特有の性質として、直接全トランス型レチナールと結合しても形成されること、光があたると不活性な状態に戻ることが知られている。また、G蛋白質活性化効率を比較すると無脊椎動物型ロドプシンやパラピノプシンの活性化効率は脊椎動物型ロドプシンの1/50から1/20程度であると言われている。
アフリカツメガエルのVALオプシンの性質を調べた結果、全トランス型レチナールの直接結合能は極めて低く、活性状態は光に対して非感受性である一方でその吸収極大は可視波長にあり、且つそのG蛋白質活性化効率はウシロドプシンと比較しておよそ1/5程度であった。これらの結果はVALオプシンの活性状態はある部分において脊椎動物型視物質に近く、ある部分においてパラピノプシンや無脊椎動物型ロドプシンに近いことを示す。この結果から、無脊椎動物型ロドプシン様の活性化メカニズムを持つオプシンから脊椎動物型視物質様の活性化メカニズムを持つオプシンへの変遷は段階的に起こったものであり、その途上にある祖先型蛋白質からVALオプシンが分岐して現れた可能性が考えられる。さらに、活性状態の性質の変化に対応する重要なアミノ酸の置換が複数存在することが考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Vertebrate ancient-long opsin has molecular properties intermediate between those of vertebrate and invertebrate visual pigments (2011)
  • Author(s): Keita Sato, Takahiro Yamashita, Hideyo Ohuchi, Yoshinori
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 48 Pages: 10484-10490
  • DOI: 10.1021/bi201212z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Observation of the pH-Dependent Equilibrium between Metarhod opsins I and II and the pH-Independent Interaction of Metarhodopsin II with Transducin C-Terminal Peptide (2010)
  • Author(s): Keita Sato, Takefumi Morizumi, Takahiro Yamashita, Yoshinori Shichida
  • Journal Title: Biochemstry Vol.49 Pages: 736-741
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 長波長感受性錐体視物質に結合した塩化物イオンは活性状態の生成を促進する (2011)
  • Author(s): 佐藤恵太、森住威文、山下高廣、今元泰、七田芳則
  • Organizer: 日本動物学会82回大会
  • Place of Presentation: 旭川大雪アリーナ(旭川市)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Molecular characterization of vertebrate ancient-long opsin (2011)
  • Author(s): Keita Sato, Takahiro Yamashita, Yoshinori Shichida
  • Organizer: The 5th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良市)
  • Year and Date: 2011-07-31
• [Presentation] Comparative Analysis on the pH-dependency of the Active State of Vertebrate Visual Pigments (2010)
  • Author(s): 佐藤恵太
  • Organizer: 14th International Conference on Retinal Proteins
  • Place of Presentation: カリフォルニア大学サンタクルーズ校(米国)
• [Presentation] Comparative studies on the pH-dependency of the active intermediate between rod and cone visual pigments (2009)
  • Author(s): 佐藤恵太
  • Organizer: 日本生物物理学会第47回年会
  • Place of Presentation: アスティとくしま(徳島)
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Remarks]
  • URL: http://photol.biophys.kyoto-u.ac.jp/shichida/interests/meta_equi_jp.html