G蛋白質共役型レセプターの分子進化とG蛋白質サブタイプ認識機構

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11308027
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 七田 芳則 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60127090)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺北 明久 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30212062)
• Keywords: ロドプシン / G蛋白質共役型受容体 / 2次元結晶解析 / G蛋白質 / G蛋白質共役特異性 / キメラ変異体 / 生化学的手法 / 分子進化

Research Abstract

本年度の研究実施計画に基づき、以下の研究を行った。
1、前年度に引き続き、ウシロドプシンの活性中間体であるメタIIとG蛋白質との複合体の2次元結晶化条件を検討した。その結果、メタIIを含む脂質二重膜が、G蛋白質と共存下でのみ特異な形状に変化することを見出した。これは、変形部分に含まれる複合体の間に相互作用が生じていることを示唆しており、相互作用を促進することで複合体が結晶化すると考えて条件設定に取り組んでいる。
2、G蛋白質共役型受容体(GPCR)の中で、一次構造の類似性の全くないロドプシンと代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)との間でG蛋白質活性化メカニズムに共通点があるかどうか検討した。具体的には、ロドプシンのG蛋白質相互作用部位である細胞質ループ領域をmGluRのループ領域に置換し、G蛋白質活性化を測定した。その結果、mGluRの第3ループではなく第2ループをロドプシンの第3ループの位置に組み込むとG蛋白質を活性化できた。このことから、ロドプシンとmGluRとでは基本的な活性化メカニズムには共通点があるが、分子設計は多様化していることが示唆された。
3、ウシロドプシンはGoやGtを含むGiグループのG蛋白質を活性化できるが、ほとんどのGi共役型GPCRではGtを活性化できない。そのメカニズムに迫るため、ウシロドプシンの細胞質第3ループをGo共律型のホタテガイロドプシンのものに置換し、G蛋白質変異体の活性化能を比較した。その結果、ウシロドプシンの第3ループはG蛋自質αサブユニットC末端5残基に加えてその上流の6残基(A領域)を区別するのに対して、ホタテガイロドプシンの第3ループはA領域の配列を明確には区別しなかった。このことから、ウシロドプシンによるGtの特異的な活性化には、ロドプシン第3ループとG蛋白質A領域との相互作用が重要であることが示唆された。

Research Products

• [Publications] H.lmai: "Difference in molecular structure of rod and cone visual pigments studied by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)
• [Publications] A.Nakamura: "Regulatory mechanism for the stability of the meta II intermediate of pinopsin"J.Biochem.(Tokyo). 129. 329-334 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Exited-state dynamics of rhodopsin probed by femtosecond fluorescence spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)
• [Publications] N.Katagiri: "Demohstration of a rhodopsin-retinochrome system in the stalk eye of a marine gastropod, Onchidium, by immunohistochemistry"J.Comp.Neurol.. 433. 380-389 (2001)
• [Publications] M.Nakagawa: "O-Glycosylation of G-protein-coupled receptor, octopus rhodopsin. Direct analysis by FAB mass spectrometry"FEBS Lett.. 496. 19-24 (2001)
• [Publications] A.Wada: "Retionids and related compounds. Part26. Synthesis of(11-Z)-8, 18-propano-and methano-retinals and conformational study of the rhodopsin choromophore"J.Chem.Soc., Perkin Trans. 1. 2430-2439 (2001)
• [Publications] T.Yamashita: "The second cytoplasmic loop of metabotropic glutamate receptor functions at the third loop position of rhodopsin"J.Biochem.(Tokyo). 130. 149-155 (2001)
• [Publications] H.kandori: "Structural changes of pharaonis phoborhodopsin upon photoisomerization of the retinal chromophore : infrared spectral comparison with bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)
• [Publications] H.kandori: "Photoisomerization in rhodopsin"Biochemistry(Mosc). 66. 1197-1209 (2001)
• [Publications] H.kandori: "lnternal water molecules of pharaonis phoborhodopsin studied by low-temperature infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15698 (2001)
• [Publications] A.Terakita: "Functional interaction between bovine rhodopsin and G protein transducin"J.Biol.Chem.. 277. 40-46 (2002)
• [Publications] A.Onishi: "Variations in long-and middle-wavelength-sensitive opsin gene loci in crab-eating monkeys"Vision Res.. 42. 281-292 (2002)
• [Publications] T.Nagata: "Isomer-specific interaction of the retinal chromophore with threonine-118 in rhodopsin"J.Phys.Chem. (in press). (2002)
• [Publications] 七田芳則: "ロドプシンの光情報変換過程-立体構造の解明により見えてきたメカニズム-"ビタミン. 75. 300-305 (2001)
• [Publications] 七田芳則: "視物質はいかにして多様化したのか-分子進化から探る-"現代化学. 362. 55-62 (2001)
• [Publications] 平野貴弘: "視物質における吸収波長制御機構-アニオンによる制御を中心として-"生物物理. 41. 284-289 (2001)
• [Publications] 七田芳則: "生物物理学とはなにか「受容体」(日本生物物理学会編)"共立出版(印刷中). (2001)