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緑藻類ロドプシンの光受容-チャネル連関モーダルシフトの分子生理学的研究

公募研究

研究領域セルセンサーの分子連関とモーダルシフト
研究課題/領域番号 21026002
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東北大学

研究代表者

八尾 寛  東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (00144353)

研究分担者 高橋 哲郎  東邦大学, 薬学部, 教授 (90133769)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
2010年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2009年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
キーワードロドプシン / チャネルロドプシン / イオンチャネル / モーダルシフト / クラミドモナス / 構造-機能連関 / パッチクランプ / 光受容体 / 緑藻類 / 活動スペクトル / オプトジェネティクス
研究概要

【背景】生物はさまざまな方法で光を感知しており、古細菌型ロドプシンファミリータンパク質は光トランスデューサー分子の代表的なものである。7回膜貫通領域を有するオプシンタンパク質の7番目の膜貫通領域に、レチナールがシッフ塩基結合した共通の構造が、多くの生物に認められている。チャネルロドプシンは、光受容のオン・オフによってイオンチャネルのゲートを開閉するので、モーダルシフトの好例である。クラミドモナスにおいては、チャネルロドプシン1(ChR1)と2(ChR2)の2種類が報告されている。【目的】前年度までの研究から、クラミドモナスのロドプシンにおいて、イオン透過性の制御には、第2-3膜貫通領域に特異的に保存されているグルタミン酸の関与が示唆される。これを単一アミノ酸残基のレベルで同定することを目的とした。【方法】ChR2およびChRWR(ChR2の第1-5膜貫通領域をChR1構造に置き換えたキメラ)の第2-3膜貫通領域のリンカーに様々に点変異を導入した哺乳類細胞発現用プラスミドベクターを作製し、ヒト胎児腎臓細胞由来のHEK293細胞に発現させた。ホールセルパッチクランプ下に光電流を計測し、コンダクタンスを比較した。【結果および考察】第2-3膜貫通領域のリンカーに、イオン透過性を制御しているグルタミン酸残基の存在が示唆された。単一アミノ酸レベルにおいては、Glu97(ChR2)/Glu136(ChRWR)およびGlu101(ChR2)/Glu140(ChRWR)の関与が示唆された。この結果、チャネルロドプシンにおいては、第2-3膜貫通領域のリンカーに特異的に保存されているグルタミン酸が、チャネルのポア構造と機能に関与していることが示唆された。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (36件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Lineage analysis of newly generated neurons in organotypic culture of rat hippocampus.2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 雑誌名

      Neurosci Research

      巻: 69 ページ: 223-233

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Opto-current-clamp actuation of cortical neurons using a strategically designed channelrhodopsin.2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 5

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Differentiation of photocycle characteristics of flavin-binding BLUF domains of α- and β-subunits of photoactivated adenylyl cyclase of Euglena gracilis2010

    • 著者名/発表者名
      高橋哲郎, 他
    • 雑誌名

      Photochem.Photobiol.Sci.

      巻: 9 ページ: 1327-1335

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] β-Phorbol ester-induced enhancement of exocytosis in large mossy fiber boutons of mouse hippocampus2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 雑誌名

      J Physiol Sci. 59

      ページ: 263-274

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visual properties of transgenic rats harboring the channelrhodopsin-2 gene regulated by the thy-1.2 promoter2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 雑誌名

      PLoS ONE 4

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] チャネルロドプシン-オプトジェネティクスへの招待-2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 雑誌名

      現代化学 459

      ページ: 30-36

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Postnatal neurogenic lineages in organotypic cluture of hippocampus2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台(招待講演)
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Development of Si neural probe with optical waveguide for highly accurate optical stimulation of neuron2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Optocurrent-clamp actuation of cortical neurons using a strategically designed channelrhodopsin2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Layer specifc properties of hippocampal CA3 dendrites.2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Antibody-directed gene delivery with Sindbis viral vectors displaying the IgG-binding domain of protein A2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] The Glu-97 mutation of channelrhodopsin-2 attanuates its photocurrent2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] The fate determinants of adult newborn neurons ; monotoring the caspase activities and optogenetic control at single-cell level2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      1st Tohoku International Symposium on Multidisciplinary Neuroscience
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-01-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 光を媒体とする脳・神経系への情報入力2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      レーザー学会第31回年次大会
    • 発表場所
      調布市(招待講演)
    • 年月日
      2011-01-09
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] チャネルロドプシン-2の97残基あるいは101残基目のグルタミン酸は陽イオンの透過を決定するアミノ酸の一つである2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 海馬CA3錐体細胞の層特異的な樹状突起特性:光刺激による樹状突起解析2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] シナプトフルオリン発現マウスを用いたピロカルピンモデルにおける苔状線維の異所的な発芽の解析2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] オプトジェネティクスによるラット海馬の活動促進2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 海馬CA3及びCA1領域の動機的刺激はCA3の興奮性を変化させる2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第88回日本生理学会大会第116回日本解剖学会総会・全国学術集会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] チャネルロドプシン構造-機能連関にもとづく次世代オプトジェネティクス2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第33回日本分子生物学会年会第83回日本生化学学会大会合同大会
    • 発表場所
      神戸(招待講演)
    • 年月日
      2010-12-07
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Optogenetic actuation of brain and nervous system2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      Tohoku University-Hanyang University Joint Symposium on Biomedical engeneering in future medicine
    • 発表場所
      韓国,ソウル(招待講演)
    • 年月日
      2010-11-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 神経細胞光刺激法の展開-新世代チャネルロドプシンによるオプトジェネティクス2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第37回日本神経内分泌学会学術集会
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 年月日
      2010-10-22
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 新世代チャネルロドプシンのデザイン・評価・神経科学への応用2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第48回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      仙台(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-20
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 抗体提示型シンドビスウイルスを用いたニューロン種特異的な膜タンパク質を介した遺伝子導入法2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第33回日本神経科学大会第53回日本神経化学会大会第20回日本神経回路学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2010-09-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ニワトリ胚毛様体神経節杯状シナプス前終末への遺伝子導入手法の確立2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第33回日本神経科学大会第53回日本神経化学会大会第20回日本神経回路学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2010-09-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Thy1.2プロモーター制御下にチャネルロドプシン2を発現するトランスジェニックラットの後根神経節における発現解析2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第33回日本神経科学大会第53回日本神経化学会大会第20回日本神経回路学会大会
    • 発表場所
      神戸
    • 年月日
      2010-09-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Molecular determinants dierentiating photocurrent properties of two channelrhodopsins from Chlamydomonas2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      Channelrhodopsin and Light-gated Enzymes
    • 発表場所
      ドイツ,Hiddensee(招待講演)
    • 年月日
      2010-05-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Opto-current-clamp characterization of neuronal rhythm using an optimized channelrhodopsin2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      Channelrhodopsin and Light-gated Enzymes
    • 発表場所
      ドイツ,Hiddensee
    • 年月日
      2010-05-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Synaptic vesicle dynamics and its plasticity2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic responsiveness of a CNS neuron under opto-current-clamp using optimized channelrhodopsins2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Opto-current-clamp enhancement of corticomotor activities using an optimized channelrhodopsin2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Photocurrent attenuation by the Glu97 or 101Gln mutation of channelrhodopsin-22010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Transgenic zebra sh expressing an optimized channelrhodopsin variant under regulation of Gal4/UAS systems : optogenetic stimulation of Rohon-Beard neurons2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Optical imaging of exocytosis from the calyx-type presynaptic terminal of the chick ciliary ganglion with novel red uorescence exocytosis probe, VAMP-mOrange2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Targeted gene transfer by sindbis virus vector displaying the cell-speci cantibody2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛, 他
    • 学会等名
      第87回日本生理学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2010-05-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Transgenic zebrafish expressing an optimized channelrhodopsin variant under regulation of Gal4/UAS systems : optogenetic stimulation of Rohon-Beard neurons2010

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 学会等名
      1st European Zebrafish PI Meeting
    • 発表場所
      パドバ(イタリア)
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Molecular determinant differentiating photocurrent properties of two channelrhodopsins from Chlamydomonas2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 学会等名
      The 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Photocurrent attenuation by the Glu97Ala mutation of channelrhodopsin-22009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、高橋哲郎、石塚徹, 他
    • 学会等名
      The 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] フォトバイオ機能モジュール:チャネルロドプシンの最適化2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 学会等名
      第32回 日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] チャネルロドプシン2の97残基目のグルタミン酸は陽イオンの透過を決定するアミノ酸の一つである2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、高橋哲郎、石塚徹, 他
    • 学会等名
      第32回 日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] クラミドモナス光受容チャネルの構造-機能連関に関する研究2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、高橋哲郎、石塚徹, 他
    • 学会等名
      第32回 日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 改変型チャネルロドプシン(channelrhodopsin/Wide receiver)を用いたマウス運動野ニューロンの光刺激2009

    • 著者名/発表者名
      八尾寛、石塚徹, 他
    • 学会等名
      第32回 日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] ギャノング生理学 原書23版(執筆担当部分)6.シナプス伝達と接合部伝達2011

    • 著者名/発表者名
      八尾寛
    • 総ページ数
      20
    • 出版者
      丸善
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://neuro.med.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [産業財産権] マイクロイメージングプローブ及びその製造方法2011

    • 発明者名
      八尾寛, 他
    • 権利者名
      東洋ガラス株式会社,国立大学法人東北大学
    • 出願年月日
      2011-03-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 光照射装置及び顕微鏡2010

    • 発明者名
      上野賢一, 八尾寛
    • 権利者名
      アスカカンパニー株式会社,国立大学法人東北大学
    • 産業財産権番号
      2010-265375
    • 出願年月日
      2010-11-29
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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