2017 Fiscal Year Annual Research Report
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16H02515
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
七田 芳則 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60127090)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 高廣 京都大学, 理学研究科, 助教 (50378535)
今元 泰 京都大学, 理学研究科, 准教授 (80263200)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光受容 / オプシン / 機能多様性 / 分子メカニズム / モデル動物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
交付申請書の記述にしたがって、下記の研究を実施した。
１．Opn5L1遺伝子を複数もつメダカで前年度に解析したダブルノックアウト系統に加えて本年度はシングルノックアウト系統を解析した。その結果、ダブルノックアウトで観察された視覚依存的な遊泳行動の異常は、２つのうちのある１遺伝子のノックアウトに起因することがわかった。つまり、魚類において遺伝子重複したと考えられる複数のOpn5L1遺伝子でも、それが関わる生理機能に違いがあると考えられる。
２．Opn5n遺伝子を複数もつメダカを用いて前年度に解析したダブルノックアウト系統だけでなく本年度はシングルノックアウト系統を解析した。その結果、ダブルノックアウトで観察された視細胞の明暗での形態変化の異常は、２つの遺伝子のどちらをノックアウトしても観察されることがわかった。Opn5n遺伝子も魚類において遺伝子重複したと考えられるが、それらの遺伝子は重複して同じ生理機能に関わる可能性がある。
３．Opn5グループ内での分子特性の多様化メカニズムを解析した。その結果、bi-stable性を持つ光受容体であるOpn5mに変異を導入することにより、Opn5L1のreverse photoreceptorとしての分子特性に変換することができた。つまり、Opn5グループの多様化に関わる残基の同定に成功した。
４．Opn5mやOpn5L2は脊椎動物の脳内で機能する紫外光受容体である。オプシンの分子系統関係において離れた位置にあるショウジョウバエのRh7を解析したところ、同じように脳内で機能する紫外光受容体であった。さらにOpn5m/L2とRh7はともに、紫外光を中心に青色光まで幅広い光波長を受容できる特異な光センサーであり、これは視覚ではなく脳内での光受容に特化した分子特性である可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．魚類の大部分を占める真骨類は、全ゲノム重複によりOpn5グループを含めてオプシン遺伝子を増やしていることがわかっている。メダカを用いてOpn5グループの機能解析を行う場合、パラログ遺伝子を並行してノックアウトし解析を行っている。その結果、Opn5L1とOpn5nの関わる機能の比較だけでなく、それぞれのパラログ遺伝子の機能比較により魚類での遺伝子重複の機能的意義も解析可能となった。
２．オプシンはいくつかのグループに分類できるが、Opn5グループは分子特性が際だって多様化していることがわかっている。その分子特性の多様化に関わる残基の同定に成功したことにより、Opn5グループがどのような道筋で分子進化してきたのか、その一端を明らかにできた。
３．オプシンの分子系統関係で大きく離れたところにあるOpn5m/L2とショウジョウバエRh7がよく似た光吸収特性をもつことがわかった。この分子特性は、視覚で色識別のために働くオプシンとは異なるものであり、脳内での光受容に特化した性質である可能性がある。この知見を契機に、視覚のオプシンと脳内光受容のオプシンがどのようなメカニズムで多様化しているのか、今後明らかにできる基盤となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は本研究の最終年度であることから、これまでに得られた実験結果を論文としてまとめると共に、下記の実験計画を実施する。
１．Opn5L1はほ乳類以外の脊椎動物のゲノムに広く見いだされ、その分子特性からreverse photoreceptorとして機能することが示された。Opn5L1の生理機能解析はこれまでノックアウト個体の作出ができる小型魚類（メダカ）を用いて行ってきたが、本年度は鳥類（ニワトリ）における機能解析を実施する。具体的には、Opn5L1の発現部位の詳細からOpn5L1を発現する細胞を特徴づけるマーカー遺伝子の探索を行い、機能との連関を明らかにする。
２．Opn5L1はrevers photoreceptorであるが、光を受容したあと分子内アダクト反応を経て元の状態に回復する。そこで、分子内アダクト反応の詳細なメカニズムを、共鳴ラマン散乱法を利用した分光学的解析により明らかにする。
３．Opn5グループの分子特性について、これまでは特定の動物種の遺伝子から発現させたOpn5を用いて解析を行ってきた。そこで、本年度は他の動物の遺伝子を用いた研究を追加し、興味のある多様性が見られた場合には、その原因となるアミノ酸残基の同定を試みる。
４．Opn5グループを含む脊椎動物のオプシンの機能多様性の理解に向けて、種々のオプシンの分子特性の変遷を解析する。
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[Journal Article] Opn5L1 is a retinal receptor that behaves as a reverse and self-regenerating photoreceptor.2018
Author(s)
Sato K, Yamashita T, Ohuchi H, Takeuchi A, Gotoh H, Ono K, Mizuno M, Mizutani Y, Tomonari S, Sakai K, Imamoto Y, Wada A, Shichida Y.
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 9
Pages: 1255
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation.2017
Author(s)
Kojima K, Matsutani Y, Yamashita T, Yanagawa M, Imamoto Y, Yamano Y, Wada A, Hisatomi O, Nishikawa K, Sakurai K, Shichida Y.
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Journal Title
Proc. Natl. Acad.Sci. USA
Volume: 114
Pages: 5437-5442
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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