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動物のGPSを支える光駆動型地磁気受容体分子の構造と機能

研究課題

研究課題/領域番号 17H03710
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 動物生理・行動
研究機関早稲田大学

研究代表者

岡野 俊行  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40272471)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワードクリプトクロム / 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
研究成果の概要

多くの動物が方位を知る能力を持っているが、その仕組みは未だ解明されていない。本研究では、脊椎動物における磁気受容体分子の最有力候補であるクリプトクロム(CRY)の解析を通して、方位感知の仕組みに迫ることを目的とした。そのためにまず、鳥類の磁気受容分子候補である青色光感受性のCRY4の解析を進めるため、組換えタンパク質の高効率発現・精製系を完成した。次に、ニワトリCRY4のミリ秒分光解析を行い、磁気受容に関わると推定されるラジカル分子種が、青色光受容に伴ってどのように生成・崩壊するのかを調べた。また、魚類のCRY発現解析から、CRYが魚類の眼球における太陽コンパス機能に関与する可能性を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Adaptive Light: A lighting control method aligned with dark adaptation of human vision2020

    • 著者名/発表者名
      Takemura Y., Ito M., Shimizu Y., Okano K. Okano T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 11204-11204

    • DOI

      10.1038/s41598-020-68119-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid Oxidation Following Photoreduction in the Avian Cryptochrome4 Photocycle2020

    • 著者名/発表者名
      Otsuka Hiroaki、Mitsui Hiromasa、Miura Kota、Okano Keiko、Imamoto Yasushi、Okano Toshiyuki
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 59 号: 38 ページ: 3615-3625

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00495

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Yuya Saratani, Yuki Takeuchi, Keiko Okano and Toshiyuki Okano2020

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      Zoological Science

      巻: 37 号: 2 ページ: 177-192

    • DOI

      10.2108/zs190110

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A photoperiodic time measurement served by the biphasic expression of Cryptochrome1ab in the zebrafish eye2020

    • 著者名/発表者名
      Keiko Okano, Yuya Saratani, Ayumi Tamasawa, Yosuke Shoji, Riko Toda, Toshiyuki Okano
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 5056-5056

    • DOI

      10.1038/s41598-020-61877-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] THETA system allows one-step isolation of tagged proteins through temperature-dependent protein-peptide interaction2019

    • 著者名/発表者名
      Kota Miura, Yusuke Tsuji, Hiromasa Mitsui, Takuya Oshima, Yosei Noshi, Yudai Arisawa, Keiko Okano and Toshiyuki Okano
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 2 号: 1 ページ: 207-207

    • DOI

      10.1038/s42003-019-0457-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] THETA system allows one-step isolation of tagged proteins through temperature-dependent protein-peptide interaction2019

    • 著者名/発表者名
      Kota Miura, Yusuke Tsuji, Hiromasa Mitsui, Takuya Oshima, Yosei Noshi, Yudai Arisawa, Keiko Okano, Toshiyuki Okano
    • 雑誌名

      Commun. Biol.

      巻: 2

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Light- and circadian-controlled genes respond to a broad light spectrum in Puffer Fish-derived Fugu eye cells2017

    • 著者名/発表者名
      Okano K., Ozawa S., Sato H., Kodachi S., Ito M., Miyadai T., Takemura A., and Okano T.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 46150-46150

    • DOI

      10.1038/srep46150

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光と生物 発色団と光受容タンパク質の機能2017

    • 著者名/発表者名
      岡野俊行
    • 雑誌名

      化学と教育

      巻: 65 ページ: 286-289

    • NAID

      130006235190

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 温度変化によるタンパク質精製系THETA systemを支える抗原-抗体反応の熱力学・分子動力学解析2020

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] クリプトクロムを介した光駆動性磁気受容2020

    • 著者名/発表者名
      岡野俊行
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Day-length responsiveness of clock genes in zebrafish eye2020

    • 著者名/発表者名
      三宅亮、岡野恵子、更谷有哉、東海林洋輔、岡野俊行
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第42回山形大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of the photoreaction of chicken cryptochrome4 according to avian magnetoreception model2020

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第42回山形大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Locomotor activity of Japanese loach under simulated natural light condition2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Saratani, Tomonori Aoki, Keiko Okano, Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第42回山形大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] A novel dimming method for nocturnal lighting based on biphasic human dark adaptation2020

    • 著者名/発表者名
      Yui Takemura, Masaharu Ito, Yushi Shimizu, Keiko Okano, Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第42回山形大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 鳥類クリプトクロム4の光反応における陰性ラジカルの反応分岐とチロシンラジカルの検出2020

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      量子生命科学会 第2回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 鳥類クリプトクロムの光反応におけるチロシンラジカルの検出2020

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      第9回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 温度変化による抗原-抗体反応制御系THETA systemの拡張2020

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第9回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 動物における地磁気受容の仕組みと磁気受容体候補分子クリプトクロム2019

    • 著者名/発表者名
      岡野俊行
    • 学会等名
      量子生命科学会第一回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] VERTEBRATE CRYPTCHROMES: MULTIPLE ROLES IN PHOTORECEPTION, PHOTOPERIODIC TIME MEASUREMENT, AND MAGNETORECEPTION2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      7th International Congress on Photobiology and 18th Congress of the European Society for Photobiology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 動物におけるフラビンタンパク質を介した光エネルギー変換2019

    • 著者名/発表者名
      岡野俊行
    • 学会等名
      異分野融合による次世代光生物学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cryptochromes and magnetoreception in vertebrates2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      第3回QST国際シンポジウムQuantum Life Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ミリ秒分光解析によるニワトリクリプトクロム4のアニオンラジカル中間体の検出2019

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      量子生命科学会第一回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 三浦宏太、三井広大、岡野恵子、岡野俊行2019

    • 著者名/発表者名
      一本鎖抗体を用いた磁気受容体候補分子クリプトクロム4の精製
    • 学会等名
      量子生命科学会第一回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Photic regulation of locomotor activity of Cobitidae fish, Japanese loach (Misgurnus anguillicaudatus)2019

    • 著者名/発表者名
      Yuya Saratani, Keiko Okano, Tomonori Aoki, Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      7th International Congress on Photobiology and 18th Congress of the European Society for Photobiology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ニワトリクリプトクロム4における中性ラジカル形成過程の観測2019

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      ISSPワークショップ レチナールタンパク質の光機能発現の物理と化学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光駆動型磁気受容体候補分子 cCRY4 の組換えタンパク質の発現およびタンパク質精製系の検討2019

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、三井広大、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      ISSPワークショップ レチナールタンパク質の光機能発現の物理と化学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 温度依存的抗原-抗体反応の応用に向けた抗原-抗体相互作用の解析2019

    • 著者名/発表者名
      野原正奈夫、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌外膜タンパク質OmpFによる一本鎖抗体の安定化2019

    • 著者名/発表者名
      猪塚昂生、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ミリ秒分光測定によるニワトリクリプトクロム4の光還元反応の解析2019

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      第8回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学シミュレーションによる抗原-抗体複合体の温度依存性解析2019

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、辻悠佑、三井広大、大嶋拓哉、熨斗洋星、有澤雄大、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第8回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ペプチドリンカーを利用した温度依存的な抗原-抗体反応の親和性向上の試み2019

    • 著者名/発表者名
      野原正奈夫、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第8回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ニワトリクリプトクロム4の点変異体の発現・精製および光反応サイクルの解析2018

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第20回日本光生物学協会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フラッシュ分光測定によるニワトリクリプトクロム4のラジカル形成過程の解析2018

    • 著者名/発表者名
      三井広大、大塚浩晨、三浦宏太、岡野恵子、今元泰、岡野俊行
    • 学会等名
      第20回日本光生物学協会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 青色光により生じるzCRY4ラジカル中間体の紫外-可視分光解析2018

    • 著者名/発表者名
      宮崎崇之、三浦宏太、蓮沼佑太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第20回日本光生物学協会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 温度依存的に親和性が変化するモノクローナル抗体の応用と原理の解析2018

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、辻悠佑、三井広大、大嶋拓哉、熨斗洋星、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] キンカチョウにおける光駆動性磁気受容体の候補分子TgCRY4の発現および光反応の解析2018

    • 著者名/発表者名
      内宮悠吾、岡野恵子、宮崎崇之、更谷有哉、岡野俊行
    • 学会等名
      第41回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ニワトリクリプトクロム4 Asn391点変異体を用いた光反応サイクルの解析2018

    • 著者名/発表者名
      大塚浩晨、三井広大、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第7回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュクリプトクロム4の発現・精製及び光反応サイクルの解析2018

    • 著者名/発表者名
      宮崎崇之、三浦宏太、蓮沼佑太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      第7回日本生物物理学会関東支部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ドジョウにおける行動リズムと時計遺伝子発現の解析2018

    • 著者名/発表者名
      更谷有哉、竹内悠記、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部 第70回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ眼球におけるzCry1bの発現および局在解析2018

    • 著者名/発表者名
      東海林洋輔、玉澤歩実、岡野恵子、更谷有哉、戸田りこ、岡野俊行
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部 第70回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Fugu eye細胞の遺伝子発現に人工月光が与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      永野杜、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      日本動物学会関東支部 第70回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Application of temperature-dependent immunoreaction to protein purification and cell surface labeling.2017

    • 著者名/発表者名
      Kota Miura, Takuya Oshima, Yosei Noshi, Yusuke Tsuji, Hiromasa Mitsui, Keiko Okano, Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A photoperiod-dependent expression of Cry1b in the zebrafish eye2017

    • 著者名/発表者名
      Yuya Saratani, Ayumi Tamasawa, Keiko Okano, Riko Toda, Toshiyuki Okano
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 月齢同調性産卵を示すゴマアイゴにおける時計遺伝子の月光応答および砂時計型月齢タイマー機構2017

    • 著者名/発表者名
      岡野俊行、竹内悠記、兜森椋、山内千裕、宮城ひとみ、竹村明洋、岡野恵子
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ニワトリクリプトクロム4の変異体を用いたC末端構造変化の解析2017

    • 著者名/発表者名
      三浦宏太、三井広大、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Asn391点変異体を用いたニワトリクリプトクロム4の光反応サイクルの解析2017

    • 著者名/発表者名
      三井広大、大塚浩晨、三浦宏太、岡野恵子、岡野俊行
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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