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Structure and function of light-driven magnetoreceptors for GPS in animals

Research Project

Project/Area Number 17H03710
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Animal physiology/Animal behavior
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Okano Toshiyuki  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40272471)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2017: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywordsクリプトクロム / 磁気受容 / 光受容 / ラジカル反応 / 磁気生物学 / 量子生物学 / 光生物 / モノクローナル抗体 / 光受容体 / 渡り / 生体分子 / 光スイッチ / 磁性
Outline of Final Research Achievements

Many animals have a mechanism to know the direction, but the mechanism has not been clarified yet. The purpose of this study was to approach the mechanism of orientation sensing through the analysis of cryptochromes (CRY), which are the most promising candidates for magnetic receptor molecules in vertebrates. To this end, we first completed a highly efficient expression / purification system for recombinant proteins in order to promote molecular analyses of blue light-sensitive CRY4, which is a candidate for magnetoreceptors in birds. Next, millisecond spectroscopic analysis of chicken CRY4 was performed to investigate how radical species presumed to be involved in magnetic reception are generated and decayed with blue light reception. We also found from the analysis of CRY expression in fish that CRY may be involved in the solar compass function in the fish eyes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高等生物の定位のためのセンサー候補分子の解析を進めた。なかでも、地磁気受容体候補であるクリプトクロムは、光により分子内にラジカル対が生じ、その縺れあった量子状態が磁気の影響を受けると考えられている。近年、量子科学の急速な進歩と相まって、生物の量子的側面にアプローチする研究が注目されており、本研究はその一角を占めている。その中で、最有力候補分子であるクリプトクロム4を発現・精製できたことは、本分野に大きな糸口を拓く成果であり、新たな長寿命中間体の同定により、その有用性を端的に示し得た。また、磁気受容以外の定位であり、未解明の太陽コンパスについても成果が得られ、今後の発展が期待された。

Report

(5 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (46 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 7 results) Presentation (38 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Adaptive Light: A lighting control method aligned with dark adaptation of human vision2020

    • Author(s)
      Takemura Y., Ito M., Shimizu Y., Okano K. Okano T.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 11204-11204

    • DOI

      10.1038/s41598-020-68119-7

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    • Author(s)
      Otsuka Hiroaki、Mitsui Hiromasa、Miura Kota、Okano Keiko、Imamoto Yasushi、Okano Toshiyuki
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 59 Issue: 38 Pages: 3615-3625

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00495

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  • [Journal Article] Yuya Saratani, Yuki Takeuchi, Keiko Okano and Toshiyuki Okano2020

    • Author(s)
      Clock gene expression in the eye exhibits circadian oscillation and light responsiveness but is not necessary for nocturnal locomotor activity of Japanese loach, Misgurnus anguillicaudatus
    • Journal Title

      Zoological Science

      Volume: 37 Issue: 2 Pages: 177-192

    • DOI

      10.2108/zs190110

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      Keiko Okano, Yuya Saratani, Ayumi Tamasawa, Yosuke Shoji, Riko Toda, Toshiyuki Okano
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 5056-5056

    • DOI

      10.1038/s41598-020-61877-4

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      Kota Miura, Yusuke Tsuji, Hiromasa Mitsui, Takuya Oshima, Yosei Noshi, Yudai Arisawa, Keiko Okano and Toshiyuki Okano
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 207-207

    • DOI

      10.1038/s42003-019-0457-8

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      Kota Miura, Yusuke Tsuji, Hiromasa Mitsui, Takuya Oshima, Yosei Noshi, Yudai Arisawa, Keiko Okano, Toshiyuki Okano
    • Journal Title

      Commun. Biol.

      Volume: 2

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    • Author(s)
      Okano K., Ozawa S., Sato H., Kodachi S., Ito M., Miyadai T., Takemura A., and Okano T.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 46150-46150

    • DOI

      10.1038/srep46150

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      岡野俊行
    • Journal Title

      化学と教育

      Volume: 65 Pages: 286-289

    • NAID

      130006235190

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      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
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      岡野俊行
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Published: 2017-04-28   Modified: 2022-01-27  

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