視細胞における未知の情報変換システムの解析

• 研究課題/領域番号: 16K07437
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山下 高廣 京都大学, 理学研究科, 助教 (50378535)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 光受容蛋白質 / 視細胞 / 光受容

研究成果の概要

Opn5は脊椎動物に広く見いだされる光受容タンパク質オプシンである。そして、脊椎動物のOpn5は４つのサブグループに分類でき、分子特性や生体内での発現部位が多様化していることを見いだしている。本研究では、そのうち可視光受容で視細胞に発現するOpn5nの解析を行った。メダカを用いてノックアウト系統を作製し生理機能解析を行ったところ、網膜における暗順応・明順応に対応した形態変化に問題が生じることがわかった。また、分子特性の詳細な解析を行った結果、可視光受容のために重要なアミノ酸残基の同定とOpn5グループ内でのその残基の変遷を明らかにすることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

動物は外界の光環境の変化から多様な情報を手に入れている。そのために重要な光センサーがオプシン類である。動物のゲノムでオプシン遺伝子を探索すると、哺乳類は10以下と少ないが、他の脊椎動物ではその倍以上持つものが多い。つまり、哺乳類以外の脊椎動物はより多様なオプシンを用いて、光環境の変化から多彩な情報を手に入れていると考えられる。本研究では、そのようなことに関わる１つのオプシン遺伝子を解析し、哺乳類では見られない光応答システムを明らかにできた。

研究成果

• [雑誌論文] Elementary response triggered by transducin in retinal rods. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yue WWS, Silverman D, Ren X, Frederiksen R, Sakai K, Yamashita T, Shichida Y, Cornwall MC, Chen J, Yau KW
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 116 号: 11 ページ: 5144-5153
  • DOI: 10.1073/pnas.1817781116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shift in Conformational Equilibrium Induces Constitutive Activity of G-Protein-Coupled Receptor, Rhodopsin. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeda R, Hiroshima M, Yamashita T, Wada A, Sako Y, Shichida Y, Imamoto Y.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 122 号: 18 ページ: 4838-4843
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b02819
  • NAID: 120006708207
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genotype determination of the OPN1LW/OPN1MW genes: novel disease-causing mechanisms in Japanese patients with blue cone monochromacy. (2018)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 号: 1 ページ: 11507-11507
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29891-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single-molecule diffusion-based estimation of ligand effects on G protein?coupled receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa Masataka、Hiroshima Michio、Togashi Yuichi、Abe Mitsuhiro、Yamashita Takahiro、Shichida Yoshinori、Murata Masayuki、Ueda Masahiro、Sako Yasushi
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 11 号: 548 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1126/scisignal.aao1917
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Red-Tuning of the Channelrhodopsin Spectrum Using Long Conjugated Retinal Analogues. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shen YC, Sasaki T, Matsuyama T, Yamashita T, Shichida Y, Okitsu T, Yamano Y, Wada A, Ishizuka T, Yawo H, Imamoto Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57 号: 38 ページ: 5544-5556
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00583
  • NAID: 120006708206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pinopsin evolved as the ancestral dim-light visual opsin in vertebrates (2018)
  • 著者名/発表者名: Keita Sato, Takahiro Yamashita, Keiichi Kojima, Kazumi Sakai, Yuki Matsutani, Masataka Yanagawa, Yumiko Yamano, Akimori Wada, Naoyuki Iwabe, Hideyo Ohuchi, Yoshinori Shichida
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 号: 1 ページ: 156-156
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0164-x
  • NAID: 120006528356
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Opn5L1 is a retinal receptor that behaves as a reverse and self-regenerating photoreceptor (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Keita、Yamashita Takahiro、Ohuchi Hideyo、Takeuchi Atsuko、Gotoh Hitoshi、Ono Katsuhiko、Mizuno Misao、Mizutani Yasuhisa、Tomonari Sayuri、Sakai Kazumi、Imamoto Yasushi、Wada Akimori、Shichida Yoshinori
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 1255-1255
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03603-3
  • NAID: 120006535079
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evolutionary steps involving counterion displacement in a tunicate opsin (2017)
  • 著者名/発表者名: Kojima Keiichi、Yamashita Takahiro、Imamoto Yasushi、Kusakabe Takehiro G.、Tsuda Motoyuki、Shichida Yoshinori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 号: 23 ページ: 6028-6033
  • DOI: 10.1073/pnas.1701088114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drosophila melanogaster rhodopsin Rh7 is a UV-to-visible light sensor with an extraordinarily broad absorption spectrum. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sakai
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 7349-7349
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07461-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chimeric microbial rhodopsins for optical activation of Gs-proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 14 号: 0 ページ: 183-190
  • DOI: 10.2142/biophysico.14.0_183
  • NAID: 130006252951
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spontaneous activation of visual pigments in relation to openness/closedness of chromophore-binding pocket. (2017)
  • 著者名/発表者名: W.W. Yue
  • 雑誌名: Elife 巻: 6
  • DOI: 10.7554/elife.18492
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Alternative Formation of Red-Shifted Channelrhodopsins: Noncovalent Incorporation with Retinal-Based Enamine-Type Schiff Bases and Mutated Channelopsin (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Okitsu
  • 雑誌名: ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＆ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＢＵＬＬＥＴＩＮ 巻: 65 号: 4 ページ: 356-358
  • DOI: 10.1248/cpb.c17-00054
  • NAID: 130005529782
  • ISSN: 0009-2363, 1347-5223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptation of cone pigments found in green rods for scotopic vision through a single amino acid mutation (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kojima
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two UV-Sensitive Photoreceptor Proteins, Opn5m and Opn5m2 in Ray-Finned Fish with Distinct Molecular Properties and Broad Distribution in the Retina and Brain. (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sato
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 5 ページ: e0155339-e0155339
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0155339
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two Opsin 3-Related Proteins in the Chicken Retina and Brain: A TMT-Type Opsin 3 Is a Blue-Light Sensor in Retinal Horizontal Cells, Hypothalamus, and Cerebellum. (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kato
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 11 ページ: 1-23
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0163925
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 光で活性化されず不活性化される 非視覚光受容タンパク質Opn5L1 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下高廣
  • 学会等名: 日本動物学会第89回大会
  • 招待講演
• [学会発表] Revisit of the acquisition process of vertebrate scotopic vision (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamashita
  • 学会等名: 日本生物物理学会第56回年会
  • 招待講演
• [学会発表] Pinopsin acts as a scotopic visual pigment in lower vertebrates (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamashita
  • 学会等名: 18th International Conference on Retinal Proteins
  • 国際学会
• [学会発表] Blue light-sensitive subtype of vertebrate non-visual opsin Opn5 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita
  • 学会等名: International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Comparison of thermal activation rates between vertebrate visual pigments and pinopsin (2017)
  • 著者名/発表者名: 山下高廣
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] Diversity of the photoreceptor protein Opn5 found in deuterostomes (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita
  • 学会等名: 日本生物物理学会第54回大会
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Analysis of the photoreceptor protein Opn5 found in deuterostomes other than vertebrates (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita
  • 学会等名: 日本動物学会第87回大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-11-17
• [学会発表] Characterization of visible light-sensitive subtype of non-visual opsin, Opn5 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita
  • 学会等名: 17th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: ポツダム（ドイツ）
  • 年月日: 2016-10-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 視覚進化の新モデル ー哺乳類が失った”ピノプシン”からたどる脊椎動物の暗所視と色覚
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=9119