Physiological role(s) of light-dependent, rhodopsin-independent PKA activity change in retinal rod photoreceptor cells.

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16087
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: SATO Shinya 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (50814894)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 視細胞 / 網膜 / 多光子顕微鏡 / 蛍光生体イメージング / ロドプシン / PKA / cAMP

Outline of Final Research Achievements

Light OFF-induced activation of cAMP-dependent kinase (protein kinase A, PKA) was revealed by live fluorescent imaging using a multiphoton microscope, as a second photoresponse in rod photoreceptor cells. Rod photoreceptor molecule, rhodopsin, and G-protein transducin were shown to be a part of its molecular mechanism. Previous insights and my experimental data from albino mice suggests that light ON suppresses rod PKA via dopamine release into the intercellular space. Based on these data, I propose that light OFF quickly stops dopamine release to trigger the apparent PKA activation driven by persisting rhodopsin signal.

Free Research Field

視細胞の生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ロドプシンは桿体視細胞の視覚光応答を司る光受容体で、1867年にキューネが報告して以来、生物学の広い範囲で研究され続けてきたモデルタンパク質である。ロドプシンの主要な機能は桿体cGMP分解を介した視覚光応答の惹起、これは我々の夜間視力を司る。私はロドプシンが、桿体が視覚機能を示す強度より10000倍以上強い光を受容した際、PKAを活性化することを示した。PKAはcGMPではなくcAMPで活性化される酵素である。つまり、ロドプシンの弱光でcGMPを分解する経路に加え、強光でcAMPを合成する第二経路が判明したと言える。本研究は、長い歴史を持つロドプシン研究に新たな方向性を示した。