視細胞に備わる高いS/N特性の基盤に関する数理生理学的研究

• 研究課題/領域番号: 17K15156
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 櫻井 啓輔 筑波大学, 生命環境系, 助教 (20647317)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 網膜 / 視細胞 / オプシン / シミュレーション / シグナル伝達 / パッチクランプ / マウス / 松果体 / 生理学

研究成果の概要

脊椎動物の網膜に存在する桿体視細胞と錐体視細胞はそれぞれ暗所視と明所視を担っており、働く光環境に合わせて光感度や応答速度が異なっている。このような光応答特性の違いに対し両視細胞に存在する光シグナル伝達経路や形態の違いがどのように関与するか明らかにすることを目的に、桿体視細胞のシグナル伝達分子が赤錐体オプシンに遺伝子置換されたマウスモデルの構築を行った。また、視細胞の空間モデルのシミュレーション実験により、視細胞の形態の違いが光応答特性の違いに関与することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脊椎動物の視細胞の生理学的研究において、細胞に存在する分子の性質の違いに主眼がおかれ、形態の違いの重要性は考慮されない傾向にあったが、本研究により形態的違いが果たす役割について理論的に証明されたことは重要な意義がある。また、細胞の空間モデリングは任意の形態を構築できる為、視細胞だけでなく他の細胞にも応用可能であることから、今後様々な細胞において形態的要因が果たす役割が明らかになると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Novel erythrocyte clumps revealed by an orphan gene Newtic1 in circulating blood and regenerating limbs of the adult newt (2018)
  • 著者名/発表者名: Casco-Robles Roman M., Watanabe Akihiko, Eto Ko, Takeshima Kazuhito, Obata Shuichi, Kinoshita Tsutomu, Ariizumi Takashi, nakatani Kei, Nakada Tomoaki, Tsonis Panagiotis A., Casco-Robles Martin M., Sakurai Keisuke, Yahata Kensuke, Maruo Fumiaki, Toyama Fubito, Chiba Chikafumi,
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 7455-7455
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25867-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implications of a multi-step trigger of retinal regeneration in the adult newt (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Yasumuro, Keisuke Sakurai, Fubito Toyama, Fumiaki Maruo, and Chikafumi Chiba
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: 5 号: 2 ページ: 25-25
  • DOI: 10.3390/biomedicines5020025
  • NAID: 120007128939
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Kojima Keiichi、Matsutani Yuki、Yamashita Takahiro、Yanagawa Masataka、Imamoto Yasushi、Yamano Yumiko、Wada Akimori、Hisatomi Osamu、Nishikawa Kanto、Sakurai Keisuke、Shichida Yoshinori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 114 号: 21 ページ: 5437-5442
  • DOI: 10.1073/pnas.1620010114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Physiological Characteristics of Photoreceptors in the Lamprey, Lethenteron japonicum. (2017)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Sakurai
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 34 号: 4 ページ: 326-330
  • DOI: 10.2108/zs170044
  • NAID: 40021289696
  • 査読あり
• [学会発表] パッチクランプ法によるホヤ幼生光受容細胞のイオンチャネル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉原尭歩、中川将司、堀江健生、櫻井啓輔
  • 学会等名: 日本動物学会
• [学会発表] 時空間モデルを用いた視細胞の細胞形態と光応答の連関解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中智行、櫻井啓輔
  • 学会等名: 日本動物学会
• [学会発表] マウスモデル及び数理モデルによる視細胞の光応答特性の検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 櫻井啓輔
  • 学会等名: 異分野融合による次世代光生物学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ホヤ幼生光受容細胞におけるイオンチャネル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉原尭歩、中川将司、堀江健生、櫻井啓輔
  • 学会等名: 異分野融合による次世代光生物学研究会
• [学会発表] Patch clamp recordings from photoreceptors in ascidian larva (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉原尭歩、中川将司、堀江健生、櫻井啓輔
  • 学会等名: 日本比較生理生化学会 第40回神戸大会
• [学会発表] Morphological and molecular basis of photoreceptor ability for photon detection. (2017)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Sakurai
  • 学会等名: International Symposium "Biophysics of Rhodopsins"
  • 国際学会 / 招待講演