GTP結合蛋白質をはじめとする光情報伝達分子群の多様性と進化

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08257204
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 深田 吉孝 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80165258)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡野 俊行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (40272471)
• Keywords: 松果体 / 脳内光受容 / 遺伝子クローニング / ピノプシン / 光受容蛋白質 / G蛋白質 / 概日リズム / 情報伝達

Research Abstract

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を進め、以下の知見を得た。
1.ニワトリ松果体における概日時計の光位相調節メカニズムを知るため、光受容蛋白質ピノプシンの情報下流を検索した。具体的には、トランスデューシン類似のG蛋白質がピノプシンと共役して光情報を変換している可能性が高いと考え、ヒヨコ松果体cDNAライブラリーより、3量体G蛋白質αサブユニットの遺伝子を検索した。その結果、GT1α(桿体型トランスデューシン)・Go1α・Go2α・Gi2α・Gi3αをコードする5種類のcDNAが単離できたが、いずれも百日咳毒素によるADPリボシル化部位をもつことがわかった。松果体概日時計の光位相シフトが百日咳毒素に非感受性であることを考え併せると、これらのG蛋白質が時計の光位相シフトを媒介する可能性は低い。そこでさらに、特異抗体を用いて他のG蛋白質を探索したところ、Gq/11αが松果体に豊富に存在することを見出した。この遺伝子をヒヨコ松果体cDNAライブラリーより単離したところ、百日咳毒素によるADPリボシル化部位をもたないことがわかった。脊椎動物の光受容蛋白質はトランスデューシンGtと共役するが、イカ・タコ・ショウジョウバエなど無脊椎動物のロドプシンはGqと共役して光情報を変換増幅することが知られている。ニワトリ松果体という光受容組織においてピノプシンがGtならびにGqという2つのG蛋白質と共役しているとすれば、光情報変換のシステムとしての進化を考える上で極めて興味深い現象といえる。
2.ある種の動物の脳深部には長日・短日を認識する光受容体が存在し、季節性繁殖などの生理現象を司ると考えられているが、その分子実体は全く不明であった。本研究において、光受容体遺伝子の高感度検索を行った結果、ヒキガエルの脳深部mRNAから光受容蛋白質をコードすると考えられる遺伝子を単離することに成功した。

Research Products

• [Publications] Kojima,D.: "Molecular properties of chimerical mutants of Gecko blue and bovine rhodopsin." Biochemistry. 35. 2625-2629 (1996)
• [Publications] Ohguro,H.: "The differences in the expression of visual pigments and transducin in photoreceptor cell differentiation." Tohoku J.Exp.Med.178. 233-240 (1996)
• [Publications] Shouno,O.: "Preparation and characterization of monoclonal antibodies specific for lauroylated isoform of bovine transducin α-subunit." J.Neurochem.66. 2188-2196 (1996)
• [Publications] Sanada,K.: "Calcium-bound recoverin targets rhodopsin kinase to membranes to inhibit rhodopsin phosphorylation." FRBS Lett.384. 227-230 (1996)
• [Publications] Tanaka,H.: "MEKA/Phosducin attenuates hydrophobicity of transducin βγsubunits without binding to farnesyl moiety." Biochem.Biophys.Res.Commun.223. 587-591 (1996)
• [Publications] Nishimura,S.: "Structural changes in the peptide backbone in complex formation between activated rhodopsin and transducin studied by FTIR spectroscopy." Biochemistry. 35. 13267-13271 (1996)
• [Publications] Okano,T.: "Molecular cloning of heterotrimeric G-protein α-subunits in chicken pineal gland." J.Mol.Evol.(in press). (1997)
• [Publications] Hirunagi,K.: "Immuno-electron microscopic investigation for the subcellular localization of pinopsin in the pineal organ of the chicken." Cell Tissue Res.(in press). (1997)
• [Publications] 深田吉孝: "光受容体の構造と機能調節.(分担軌筆)実験医学増刊『GTP総合蛋白質』" 羊土社, 312(63-67) (1996)
• [Publications] 深田吉孝: "ピノプシンによる光シグナル伝達と生物時計.(分担軌筆)分子医学シリーズ『細胞内情報伝達のしくみ』" 羊土社, 182(28-39) (1996)
• [Publications] 真田佳門: "三量体G蛋白質の脂質による修飾と機能調節.(分担軌筆)実験医学増刊『脂質研究の新展開〜シグナリングにおける新しい機能』" 羊土社, 210(193-199) (1996)
• [Publications] 深田吉孝: "生物時計のセンサー(分担軌筆)シリーズ・ニューバイオフィジックス、第6巻:生物のスーパーセンサー" 共立出版(印刷中), (1997)
• [Publications] 深田吉孝: "視物質による光情報の受容と伝達(分担軌筆)現代化学増刊『細胞シグナル伝達の研究〜その発展の背景と現況〜』" 東京化学同人(印刷中), (1997)
• [Publications] 深田吉孝: "アデニル酸シクラーゼ.(分担軌筆)タンパク質化学講座第4巻『酵素-リアーゼ』" 廣川書店(印刷中), (1997)
• [Publications] 深田吉孝: "視細胞トランスデューシン.(分担軌筆)生物薬科科学実験講座IV-4巻『生体膜の構造と機能』" 廣川書店(印刷中), (1997)