Exploring of non-visual functions mediated by Opn5.

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02515
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 七田 芳則 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60127090)
• 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)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

１．Opn5L1は哺乳類以外の脊椎動物が広く持つオプシンである。Opn5L1の生理機能を探索するために、これまでの小型魚類（メダカ）だけでなく鳥類（ニワトリ）を用いて解析を行った。その結果、ニワトリの脳内のいくつかの領域にOpn5L1陽性細胞を見いだすことができた。そして、その中でも視床下部におけるOpn5L1陽性細胞は、生殖機能と関わると報告のあるいくつかの遺伝子の発現と関連があることがわかった。この結果は、ニワトリにおいてOpn5L1は生殖活動を制御する可能性を示唆している。
２．Opn5L1は光よって不活性化されるためreverse photoreceptorとして機能する。この特異な分子機能を支える分子内メカニズムを解明するため、サンプルを培養細胞で大量に作製し共鳴ラマン散乱法で解析した。その結果、最も重要な分子内アダクトを形成した中間状態におけるレチナール構造の詳細を明らかにすることに成功した。
３．Opn5L1は光によって不活性化された後自然に元の状態に戻るため、光サイクルにより活性が制御される。多様な動物のOpn5L1の比較解析を行ったところ、不活性化される過程及びそこから元の状態に回復する過程、それぞれにおいて時定数が大きく異なるものを見いだすことに成功した。
４．脊椎動物のオプシンでは、Opn5グループと並んで視物質を含むグループが大きく多様化していることがわかっている。そこで、視物質を含むオプシングループの多様化過程について並行して解析を行った。その結果、従来脳内でのみ機能すると考えられていた視物質に近縁なオプシン（ピノプシン）がいくつかの動物では視物質として機能しうることを見いだした。その結果から、脊椎動物の視物質の多様化と視覚機能の進化的獲得の従来モデルを修正することに成功した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Elementary response triggered by transducin in retinal rods. (2019)
  • Author(s): Yue WWS, Silverman D, Ren X, Frederiksen R, Sakai K, Yamashita T, Shichida Y, Cornwall MC, Chen J, Yau KW
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 116 Pages: 5144-5153
  • DOI: 10.1073/pnas.1817781116
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Shift in Conformational Equilibrium Induces Constitutive Activity of G-Protein-Coupled Receptor, Rhodopsin. (2018)
  • Author(s): Maeda R, Hiroshima M, Yamashita T, Wada A, Sako Y, Shichida Y, Imamoto Y.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 122 Pages: 4838-4843
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b02819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genotype determination of the OPN1LW/OPN1MW genes: novel disease-causing mechanisms in Japanese patients with blue cone monochromacy. (2018)
  • Author(s): Katagiri S, Iwasa M, Hayashi T, Hosono K, Yamashita T, Kuniyoshi K, Ueno S, Kondo M, Ueyama H, Ogita H, Shichida Y, Inagaki H, Kurahashi H, Kondo H, Ohji M, Hotta Y, Nakano T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29891-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Red-Tuning of the Channelrhodopsin Spectrum Using Long Conjugated Retinal Analogues. (2018)
  • Author(s): Shen YC, Sasaki T, Matsuyama T, Yamashita T, Shichida Y, Okitsu T, Yamano Y, Wada A, Ishizuka T, Yawo H, Imamoto Y.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 57 Pages: 5544-5556
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pinopsin evolved as the ancestral dim-light visual opsin in vertebrates. (2018)
  • Author(s): Sato K, Yamashita T, Kojima K, Sakai K, Matsutani Y, Yanagawa M, Yamano Y, Wada A, Iwabe N, Ohuchi H, Shichida Y.
  • Journal Title: Commun. Biol. Volume: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0164-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ショウジョウバエロドプシンRh7 のスペクトル特性 (2018)
  • Author(s): 酒井佳寿美，筒井圭，山下高廣，岩部直之，高橋慶祐， 和田昭盛，七田芳則
  • Organizer: 日本動物学会第89回大会
• [Presentation] 脊椎動物の光受容体Opn5L1 は逆行性・自己再生能をもつ新しいタイプのオプシンである (2018)
  • Author(s): 佐藤 恵太, 山下 高廣, 大内 淑代, 竹内 敦子, 後藤 人志, 小野 勝彦, 水野 操, 水谷 泰久, 友成 さゆり, 酒井 佳寿美, 今元 泰, 和田 昭盛, 七田 芳則
  • Organizer: 日本生物物理学会第56回年会
• [Presentation] フーリエ変換赤外分光法によるロドプシンと錐体視物質の発色団／蛋白質相互作用の比較 (2018)
  • Author(s): 野口直人, 山下 高廣, 七田芳則, 今元 泰
  • Organizer: 日本生物物理学会第56回年会
• [Presentation] Historical review in the field of visual pigments and related retinal proteins (2018)
  • Author(s): Shichida, Y.
  • Organizer: 18th International Conference on Retinal Proteins
  • Int'l Joint Research / Invited