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G蛋白質共役型レセプターの分子進化とG蛋白質サブタイプ認識機構

研究課題

研究課題/領域番号 11308027
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関京都大学

研究代表者

七田 芳則  京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60127090)

研究分担者 寺北 明久  京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30212062)
研究期間 (年度) 1999 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
38,980千円 (直接経費: 36,700千円、間接経費: 2,280千円)
2002年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2001年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2000年度: 14,200千円 (直接経費: 14,200千円)
1999年度: 14,900千円 (直接経費: 14,900千円)
キーワードロドプシン / G蛋白質共役型受容体 / 結晶解析 / G蛋白質 / G蛋白質共役特異性 / キメラ変異体 / 生化学的手法 / 分子進化 / 2次元結晶解析 / ムスカリン受容体
研究概要

生体に広く存在する細胞内情報変換のモチーフは「受容体→G蛋白質→酵素」である。これに関与する受容体(G蛋白質共役型受容体、GPCR)は7本膜貫通α-ヘリックス構造を持ち、現在までに2000種類以上が発見されている。GPCRは分子進化の過程で様々に多様化し、生物が高度な情報処理システムとして働くのをささえている。本研究では、視覚の光受容蛋白質をモデルGPCRとして、GPCRにおける共通の分子設計とその多様化の道筋を理解しようと試みた。
その結果、ロドプシンスーパーファミリー(ファミリー1)に属するGPCRではG蛋白質を活性化するための基本的な分子設計は同じであることが推定された。一方、ファミリーが異なると活性状態になるために働くヘリックスが異なり、分子設計の違いが考えられた。また、ロドプシンの機能発現機構に関して、光受容からG蛋白質活性化に至る構造変化過程を種々の分光学的・分子生物学的手法を用いて検討した。その結果、異性化反応に伴う発色団の動きがヘリックスの相対的位置を変化させて活性化状態に変化させるメカニズムや、構造変化の起こりやすさを制御するアミノ酸残基の同定に成功し、原子のレベルからロドプシンの活性化機構を明らかにする道筋をつけることができた。さらに、ロドプシンそのものの3次元立体構造を精密化し、分子内に7個の水分子を同定した。また、ロドプシンファミリーの蛋白質が可視光を受容するために必須な対イオンがグループ間で多様化していることを発見した。

報告書

(5件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (114件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (114件)

  • [文献書誌] H.Imai: "Probing for the threshold energy for visual transduction : Red-shifted visual pigment analogs from 3-methoxy-3-dehydroretinal and related compounds"Photochem.Photobiol.. 70. 111-115 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Imamoto: "Anion binding effect to iodopsin studied by low-temperature FTIR spectroscopy"Biochemistry. 38. 11749-11754 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Structural change of threonine 89 upon photoisomerization in bacteriorhodopsin as revealed by polarized FTIR spectroscopy"Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Nakamura: "Chimeric nature of pinopsin between rod and cone visual pigments"Biochemistry. 38. 14738-14745 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Onishi: "Dichromatism in macaque monkeys"Nature. 402. 139-140 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Local and distant protein structural changes on photoisomerization of the retinal in bacteriorhodopsin"Proc Natl.Acad.Sci USA. 97. 4643-4648 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shichida: "Visual pigment : Photochemistry and molecular evolution"The Retinal Basis of Vision.(eds.J.Toyoda et al.)(Elsevier Science, The Netherlands). 15 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] B.Borhan: "Movement of retinal along the visual transduction path"Science. 288. 2209-2212 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yamashita: "Distinct roles of the second and the third cytoplasmic loops of bovine rhodopsin in G protein activation"J Biol.Chem.. 275. 34272-34279 (2000)

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  • [文献書誌] A.Terakita: "Highly conserved glutamic acid in the extracellular IV-V loop in rhodopsins acts as the counterion in retinochrome, a member of rhodopsin family"Proc Natl.Acad.Sci USA. 97. 14263-14267 (2000)

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  • [文献書誌] H.Kandori: "Direct observation of the bridged water stretching vibrations inside a protein"J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Nishimura: "Activation mechanisms of G protein by seven-transmembrane receptors : A view from rhodopsin studies"J.Indian Chem.Soc.. 77. 665-676 (2000)

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  • [文献書誌] H.Kandori: "Photoisomerization in rhodopsin"Biochemistry (Moscow). 66. 1197-1209 (2001)

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  • [文献書誌] Y.Shichida: "Amino acid residues controlling the properties and functions of rod and cone visual pigments"Rhodopsins and Phototransduction. (ed. Novartis Foundation)(John Wiley & Sons, England). 12 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Hirano: "Chloride effect on iodopsin studied by low-temperature visible and infrared spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)

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  • [文献書誌] H.Imai: "Difference in molecular structure of rod and cone visual pigments studied by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2786 (2001)

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  • [文献書誌] A.Nakamura: "Regulatory mechanism for stability of meta II intermediate of pinopsin"J.Biochem (Tokyo). 129. 329-334 (2001)

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  • [文献書誌] H.Kandori: "Excited-state dynamics of rhodopsin probed by femtosecond fluorescence spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Tight Asp85-Thr89 association during the pump switch of bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Katagiri: "Demonstration of a rhodopsin-retinochrome system in the stalk eye of a marine gastropod Onchidium by immunohistochemistry"J.Comp.Neurology. 433. 380-389 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakagawa: "O-Glycosylation of G-protein-coupled receptor, octopus rhodopsin. Direct analysis by FAB mass spectrometry"FEBS Lett.. 496. 19-24 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yamashita: "The second cytoplasmic loop of metabotropic glutamate receptor functions at the third loop position of rhodopsin"J.Biochem.(Tokyo). 130. 149-155 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Structural changes of pharaonis phoborhodopsin upon photoisomerization of the retinal chromophore : Infrared spectral comparison with bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Wada: "Retionids and related compounds. Part 26. Synthesis of (11-Z)-8, 18-propano-and methano-retinals and conformational study of the rhodopsin choromophore"J.Chem.Soc., Perkin Trans. 1. 2430-2439 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Internal water molecules of pharaonis phoborhodopsin studied by low-temperature infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15698 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Terakita: "Functional interaction between bovine rhodopsin and G protein transducin"J.Biol.Chem.. 277. 40-46 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Onishi: "Variations in long-and middle-wavelength-sensitive opsin gene loci in crab-eating monkeys"Vision Res.. 42. 281-292 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Nagata: "Isomer-specific interaction of the retinal chromophore with threonine-118 in rhodopsin"J.Phys.Chem.. 106. 1969-1975 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Kandori: "Interaction of Asn105 with the retinal chromophore during photoisomerization of pharaonis phoborhodopsin"Biochemistry. 41. 4554-4559 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Okada: "Functional role of internal water molecules in rhodopsin revealed by X-ray crystallography"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 99. 5982-5987 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ueyama: "Novel missense mutations in red/green opsin genes in congenital color-vision deficiencies"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 294. 205-209 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Koyanagi: "Amphioxus homologs of Go-coupled rhodopsin and peropsin having 11-cis-and all-trans-retinals as their chromophores"FEBS Letters. 531. 525-528 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Hirano: "Constraints of Opsin Structure on the Ligand Binding Site : Studies with Ring-fused Retinals"Photochem. and Photobiol.. 76. 606-615 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuwayama: "Conserved Proline Residue at Position 189 in Cone Visual Pigments as a Determinant of Molecular Properties Different from Rhodopsin"Biochemistry. 41. 15245-15252 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Imai: "Analysis of amino acid residues in rhodopsin and cone visual pigments that determine their molecular properties. Methods Enzymol"Academic Press, U.S.A.. 21 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Shichida: "Heterogeneity of rhodopsin intermediates states interacting with transducin. Methods Enzymol"Academic Press, U.S.A.. 18 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 七田芳則: "視物質からみた光情報伝達系の多様性「遺伝子で生物の進化を考える」第3回「大学と科学」公開シンポジウム組織委員会編"クバプロ. 12 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Imai, T. Hirano, A. Terakita, Y. Shichida, R. Muthyala, R. -L. Chen, L. U. Colmenares and R. S. H. Liu: "Probing for the threshold energy for visual transduction: Red-shifted visual pigment analogs from 3-methoxy-3-dehydroretinal and related compounds"Photochem. Photobiol.. 70 70. 111-115 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. hamoto, T. Hirano, H. Imai, H. Kandori, A. Maeda, T. Yoshizawa, M. Groesbeek, J. Lugtenburg and Y. Shichida: "Anion binding effect to iodopsin studied by low-temperature FTIR spectroscopy"Biochemistry. 38. 11749-11754 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, N, Kinoshita, Y. Yamazaki, A. Maeda, Y. Shichida R. Needleman, J. K. Lanyi, M. Bizounok J. Herzfeld, J. Raap and J. Lugtenburg: "Structural change of threonine 89 upon photoisomerization in bacteriorhodopsin as revealed by polarized FTIR spectroscopy"Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Nakamura, D. Kojima, H. Imai, A. Terakita, T. Okano, Y. Shichida and Y. Fukada: "Chimeric nature of pinopsin between rod and visual pigments"Biochemistry. 38. 14738-14745 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Onishi, S. Koike, M. Ida, H. Imai, Y. Shichida, O. Takenaka, A. Hanazawa, H. Komatsu, A. Komatsu, S. Goto, B. Suryobroto, K. Kitahara and T. Yamamori: "Dichromatism in macaque monkeys"Nature. 402. 139-140 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, N. Kinoshita Y. Yamazaki, A. Maeda, Y. Shichida, R. Needleman, J. K. Lanyi, M. Bizounok, J. Herzfeld, J. Raap, and J. Lugtenburg: "Local and distant protein structural changes on photoisomerization of the retinal in bacteriorhodopsin"Proc Natl. Acad. Sci USA.. 97. 4643-4648 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] B. Borhan, M. L. Souto, H. Imai, Y. Shichida, and K. Nakanishi: "Movement of retinal along the visual transduction path"Science. 288(5474). 2209-2212 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Yamashita, A. Terakita, and Y. Shichida Y.: "Distinct roles of the second and the third cytoplasmic loops of bovine rhodopsin in G protein activation"J Biol. Chem.. 275. 34272-34279 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Terakita, T. Yamashita, and Y. Shichida: "Highly conserved glutamic acid in the extracellular IV-V loop in rhodopsins acts as the counterion in retinochrome, a member of rhodopsin family"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97. 114263-14267 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori and Y. Shichida: "Direct observation of the bridged water stretching vibrations inside a protein"J. Am. Chem. Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Nishimura and Y. Shichida: "Activation mechanisms of G protein by seven-transmembrane receptors: A view from rhodopsin studies"J. Indian Chem. Soc.. 77. 665-676 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, Y. Shichida and T. Yoshizawa: "Photoisomerization in rhodopsin"Biochemishy(Moscow). 66(11). 1197-209 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Hirano, H. Imai, H. Kandori and Y. Shichida: "Chloride effect on iodopsin studied by low-temperature visible and infrared spectroscopies"Biocheistry. 40. 1385-1392 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Imai, T. Hirano, H. Kandori, A. Terakita and Y. Shichida: "Difference in molecular structure of rod and cone visual pigments studied by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2786 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A. Nakamura, D. Kojima, T. Okano, H. Imai, A. Terakita, Y. Shichida and Y. Fukada: "Regulatory mechanism for stability of meta II intermediate of pinopsin"J. Biochem(Tokyo). 129. 329-334 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, Y. Furutani, S. Nishimura, Y. Shichida, H. Chosrowjan, Y. Shibata and N. Mataga: "Excited-state dynamics of rhodopsin probed by femotosaond fluorescence spechoscopy"Chem. Phys. Lett.. 334. 271-276 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, Y. Yarnazaki, Y. Shichida, J. Raap, J. Lugtenburg, M. Belenky and J. Herzfeld: "Tight Asp85-Thr89 association during the pump-switch of bacteriorhodopsin"Proc. Natl. Acad. Sci. USA.. 98. 1571-1576 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Katagiri, A, Terakita, Y. Shichida and Y. Katagiri: "Demonstration of a rhodopsin-retinochrome system in the stalk eye of a marine gastropod Onchidium by immunohistochemistry"J. Comp. Neurology.. 433. 380-389 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Nakagawa, T. Miyamoto, R. Kusakabe, S. Takasaki, T. Takao, Y. Shichida, Tsuda M.: "O-Glycosylation of G-protein-coupled receptor, octopus rhodopsin. Direct analysis by FAB mass spechometry"FEBS Lett.. 496. 19-24 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Yamashita, A. Terakita and Y. Shichida: "The second cytoplasmic loop of metabotropic glutamate receptor functions at the third loop position of rhodopsin"J. Biochem. (Tokyo). 130. 149-155 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H. Kandori, K. Shimono, Y. Sudo, M. Iwamoto, Y. Shichida and N. Kamo: "Structural changes of pharaonis phoborhodopsin upon photoisomerization of the retinal chromophore: Infrared spectal comparison with bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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