網膜光受容体メラノプシンの分子解析から迫る哺乳類の行動・生理の光制御機構

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06174
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 羽鳥 恵 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任准教授 (90590472)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 光受容

Outline of Annual Research Achievements

哺乳類の目において、１－２％の網膜神経節細胞に青色光感受性の光受容タンパク質であるメラノプシンが発現しており、メラノプシン発現網膜神経節細胞と呼ばれる。メラノプシン発現網膜神経節細胞は自身で光を感じると共に桿体・錐体からの投射も受け、概日時計の位相調節や瞳孔の開閉などの非視覚応答を制御する。つまり、哺乳類の網膜においては桿体・錐体に加え、メラノプシン発現網膜神経節細胞が第三の光受容細胞として機能する。メラノプシンは桿体・錐体の光受容体とは異なり、無脊椎動物のオプシンに類似してると考えられている。視覚応答・非視覚応答を理解するために、メラノプシン発現網膜神経節細胞内で光情報がいかに制御されているのかを解明したい。本年度はメラノプシンの性質を明らかにするためランダムミュータジェネシスおよび特定の領域を狙った変異体の作製を同時並行させた。哺乳類の培養細胞を暗黒条件下で維持し、メラノプシン変異体を細胞に発現させ、青色光の照射によるカルシウム濃度の変化、つまりメラノプシンの光応答をin vitroで測定した。数種類の光応答変異体を単離することに成功し、得られた変異体を組換えアデノ随伴ウィルスベクター用いてマウスの網膜神経節細胞に発現させて非視覚応答を測定し、in vivoで変異部位の意義を評価した。C末端細胞内部位の一部であるSer/Thr領域がアレスチンを介したリン酸化と（未発表）、それに伴う光応答終了に寄与していることを明らかにした（Neuron 2016）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画ではメラノプシンの様々な変異体の作製を進める予定であり、実際にそれを遂行して細胞に発現させることで機能を評価し、in vivo実験に持ち込む候補分子を得ることが出来た。また、網膜神経節細胞への導入方法を確立することができた。このように研究は計画通り順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後は選定した候補分子を各種生物のin vivoにおいて評価する。そのための行動・生体レベルでの評価系の構築に取り掛かる。明暗環境をコントロールできる動物飼育環境のセットアップ、瞳孔収縮測定の構築、そのための暗室などを整える。

Research Products

• [Journal Article] Violet Light Exposure Can Be a Preventive Strategy Against Myopia Progression. (2017)
  • Author(s): Torii H, Kurihara T, Seko Y, Negishi K, Ohnuma K, Inaba T, Kawashima M, Jiang X, Kondo S, Miyauchi M, Miwa Y, Katada Y, Mori K, Kato K, Tsubota K, Goto H, Oda M, Hatori M, Tsubota K.
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 15 Pages: 210-219
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.12.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Melanopsin-Encoded Response Properties of Intrinsically Photosensitive Retinal Ganglion Cells. (2016)
  • Author(s): Mure LS, Hatori M, Zhu Q, Demas J, Kim IM, Nayak SK, Panda S.
  • Journal Title: Neuron Volume: 90 Pages: 1016-1027
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.04.016
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 概日時計システムと老化 (2016)
  • Author(s): 津山淳、羽鳥恵
  • Journal Title: 日本臨牀 Volume: 74 Pages: 1474-1478
• [Presentation] 概日光受容体メラノプシンの機能と性質 (2017)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Organizer: 第94回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
  • Year and Date: 2017-03-30 – 2017-03-30
  • Invited
• [Presentation] 肥満と時間栄養学 (2017)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Organizer: 第20回日本病態栄養学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-01-14 – 2017-01-14
  • Invited
• [Presentation] メラノプシン発現網膜神経節細胞の光情報伝達機構 (2016)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Organizer: 第23回時間生物学会学術大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2016-11-13 – 2016-11-13
  • Invited
• [Presentation] Light reception in retinal ganglion cells and its role in the circadian clockwork and non-image forming visual responses. (2016)
  • Author(s): Megumi Hatori
  • Organizer: Sapporo Symposium on Biological Rhythm in 2016
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-11-10 – 2016-11-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Blue light reception in retinal ganglion cells and its role in the clockwork. (2016)
  • Author(s): Megumi Hatori
  • Organizer: International Society for Eye Research 2016
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-09-29 – 2016-09-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] メラノプシンの光応答終了機構の解析 (2016)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Organizer: 第19回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 2016-07-29 – 2016-07-29
  • Invited
• [Presentation] 青色光受容体メラノプシンの概日リズムに対する効果 (2016)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Organizer: 第16回日本抗加齢医学界総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-10 – 2016-06-10
  • Invited
• [Book] ブルーライトテキストブック (2016)
  • Author(s): 羽鳥恵
  • Total Pages: 230
  • Publisher: 金原出版株式会社