桿体視細胞の暗ノイズ低減メカニズムの解明に向けた新規アプローチ

• 研究課題/領域番号: 26650119
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 動物生理・行動
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 七田 芳則 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60127090)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014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: 視物質 / 視細胞 / 暗ノイズ / 生化学的方法 / 分子進化 / 生化学的手法

研究成果の概要

ロドプシンは非常に安定なタンパク質であり、それに含まれる発色団の熱異性化の頻度は極端に小さい。そのため、ロドプシンを含む桿体視細胞は1個の光子に応答できるほど高感度である。本研究で我々は生化学的手法でロドプシン発色団の熱異性化速度を測定する方法を新たに開発した。その結果、ロドプシンは錐体視物質からの分子進化過程で2つの鍵となるアミノ酸残基を獲得し、熱異性化速度を約1/1000に抑えていることがわかった。また、両生類の緑桿体に発現する青色感受性錐体視物質は、先の2つとは別の位置にアミノ酸変異を起こし、ロドプシンと同様の低い熱異性化速度を有することがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Origin of the low thermal isomerization rate of rhodopsin chromophore (2015)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa, M.; Kojima, K.; Yamashita, T.; Iwamoto, Y.; Matsuyama, T.; Nakanishi, K.; Yamano, Y.; Wada, A.; Sako, Y.; Shichida, Y.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 11081-11081
  • DOI: 10.1038/srep11081
  • NAID: 120005690204
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Helical rearrangement of photoactivated rhodopsin in monomeric and dimeric forms probed by high-angle X-ray scattering. (2015)
  • 著者名/発表者名: Imamoto Y, Kojima K, Oka T, Maeda R, Shichida Y
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. Sci. 巻: 14(11) 号: 11 ページ: 1965-1973
  • DOI: 10.1039/c5pp00175g
  • NAID: 120005741088
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diversification of non-visual photopigment parapinopsin in spectral sensitivity for diverse pineal functions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Koyanagi, S. Wada, E. Kawano-Yamashita, Y. Hara, S. Kuraku, S. Kosaka, K. Kawakami, S. Tamotsu, H. Tsukamoto, Y. Shichida, A. Terakita
  • 雑誌名: BMC Biology 巻: 13 号: 1 ページ: 73-73
  • DOI: 10.1186/s12915-015-0174-9
  • NAID: 120005758203
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diversity of active states in TMT opsins (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sakai
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 号: 10 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0141238
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intramolecular interactions that induce helical rearrangement upon rhodopsin activation: Light-induced structural changes in metarhodopsin IIa probed by cysteine S-H stretching vibrations (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamazaki, T. Nagata, A. Terakita, H. Kandori, Y. Shichida, Y. Imamoto*
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 289 号: 20 ページ: 13792-13800
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.527606
  • NAID: 120005741087
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of glutamic acid in the conserved E/DRY triad to the functional properties of rhodopsin. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Yamashita, T., and Shichida, Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 53 号: 27 ページ: 4420-4425
  • DOI: 10.1021/bi5003772
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Thermal isomerization of chromophore in rod and cone visual pigments (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shichida
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular evolution of the low thermal isomerization rate of rhodopsin chromophore (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shichida
  • 学会等名: 7th AOCP
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 両生類の緑桿体に含まれる青色錐体視物質の熱活性化頻度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松谷優樹、小島慧一、柳川正隆、山下高廣、今元泰、山野由美子、和田昭盛、七田芳則
  • 学会等名: 日本動物学会大86回大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 視物質の低い熱活性化頻度をもたらす分子メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島慧一、柳川正隆、山下高廣、松谷優樹、今元泰、松山オジョス武、中西香爾、山野由美子、和田昭盛、佐甲靖志、七田芳則
  • 学会等名: 日本生物物理学会第53回年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] ロドプシンの低い熱活性化頻度の分子メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島慧一、柳川正隆、山下高廣、今元泰、松山武、中西香爾、山野由美子、和田昭盛、佐甲靖志、七田芳則
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] ロドプシン発色団の低い熱異性化速度の生化学的測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柳川正隆、小島慧一、山下高廣、今元泰、松山武、中西香爾、山野由美子、和田昭盛、佐甲靖志、七田芳則
  • 学会等名: 日本動物学会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [図書] 光と生命の辞典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 七田芳則
  • 総ページ数: 422
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] Vertebrate Photoreceptors (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, K. and Shichida, Y.
  • 総ページ数: 349
  • 出版者: Springer
• [備考] 七田研ホームページ
  • URL: http://photo1.biophys.kyoto-u.ac.jp/shichida/home_jp.html