光によるＧタンパク質シグナリング制御を可能にする受容体の開発

• 研究領域: 少数性生物学―個と多数の狭間が織りなす生命現象の探求―
• 研究課題/領域番号: 24115509
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山下 高廣 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50378535)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: シグナル伝達 / 光受容蛋白質 / 生物物理学 / 光受容 / 蛋白質 / 細胞内情報伝達

研究概要

Ｇタンパク質共役型受容体はヒトゲノムにおいて約800遺伝子存在し、それぞれ特有の刺激を受容することにより、細胞内でcAMPやカルシウムイオンなどの濃度を変化させる。このように多くの細胞で重要な働きをするＧタンパク質シグナリングを光により非侵襲的に制御するため、動物の光受容タンパク質オプシン類を改変したツールを提供することを目的とした。特に、多くの組織で汎用的に利用できる可能性の高い全トランス型レチナールを直接結合するOpn5の分子特性を詳細に解析し、それを改変することを行った。
１．脊椎動物のOpn5グループは４つのサブグループに分類でき、これまでに紫外光感受性のものと可視光感受性のもとがあることがわかっていた。最後に分子特性が解明できていなかったOpn5L1について解析したところ、多くのオプシン類がもつ11シス型レチナールを直接結合する能力を失い、専ら全トランス型のみ結合した。そして、この状態でＧタンパク質を活性化し、光受容により不活性化することもわかった。このような光によって不活性化のみされるオプシン類は始めての例であった。また、このOpn5L1の特異的な光反応を制御するアミノ酸残基の特定にも成功し、ここをターゲットにすることにより分子特性の改変につながる可能性があった。
２．分子特性が多様化している脊椎動物のOpn5を用いることにより、細胞内のＧタンパク質シグナリングを実際に光で制御できるのか検討した。その結果、複数のサブグループを強制発現した培養細胞において、細胞内のcAMP量の変化を光により制御できることがわかった。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of mammalian opn5 as a specialized UV-absorbing pigment by a single amino acid mutation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, T., Ono, K., Ohuchi, H., Yumoto, A., Gotoh, H., Tomonari, S., Sakai, K., Fujita, H., Imamoto, Y., Noji, S., Nakamura, K., and Shichida, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 号: 7 ページ: 3991-4000
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.514075
  • NAID: 120005690203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rod visual pigment optimizes active state to achieve efficient G protein activation as compared to cone visual pigments (2014)
  • 著者名/発表者名: Kojima, K., Imamoto, Y., Maeda, R., Yamashita, T., and Shichida, Y
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 289 (8) 号: 8 ページ: 5061-5073
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.508507
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand-induced population shift leads to the activation of rhodopsin, a G-protein coupled receptor (2014)
  • 著者名/発表者名: Maeda, R., Hiroshima, M., Yamashita, T., Wada, A., Nishimura, S., Sako, Y., Shichida, Y., and Imamoto, Y
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 106 (4) 号: 4 ページ: 915-924
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.01.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Chimeric proton-pumping rhodopsin containing the cytoplasmic loop of bovine rhodopsin" (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sasaki, T. Yamashita, K. Yoshida, K. Inoue, Y. Shichida, H. Kandori
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9 号: 3 ページ: 91323-91323
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0091323
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficiencies of activation of transducin by cone and rod visual pigments (2013)
  • 著者名/発表者名: Imamoto, Y., Seki, I., Yamashita, T., and Shichida, Y
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 (17) 号: 17 ページ: 3010-3018
  • DOI: 10.1021/bi3015967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glutamate acts as a partial inverse agonist to metabotropic glutamate receptor with a single amino acid mutation in the transmembrane domain. (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Yanagawa, T. Yamashita and Y. Shichida
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 288 号: 14 ページ: 9593-601
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.437780
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloride-dependent spectral tuning mechanism of L-group cone visual pigments (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yamashita
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 号: 7 ページ: 1192-1197
  • DOI: 10.1021/bi3016058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique haplotype in exon 3 of cone opsin mRNA affects splicing of its precursor, leading to congenital color vision defect. (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ueyama, S. Muraki-Oda, S. Yamade, S. Tanabe, T. Yamashita, Y. Shichidaand H. Ogita.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 424 号: 1 ページ: 152-7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.06.094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemical properties of mammalian melanopsin. (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuyama, T. Yamashita, Y. Imamoto and Y. Shichida
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 号: 27 ページ: 5454-62
  • DOI: 10.1021/bi3004999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative studies on the late bleaching processes of four kinds of cone visual pigments and rod visual pigment (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Yamashita, Y. Imamoto and Y. Shichida
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 号: 21 ページ: 4300-8
  • DOI: 10.1021/bi3000885
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular properties of vertebrate non-visual opsins, Opn5 and Opn5-like protein (2012)
  • 著者名/発表者名: 山下高廣
  • 学会等名: 15th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: スイス、アスコナ
  • 年月日: 2012-10-03
  • 招待講演
• [学会発表] Diversity of molecular properties of vertebrate non-visual opsin group, Opn5
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita
  • 学会等名: The 6th Asia and Oceania Conference on Photobiology
  • 発表場所: オーストラリア、シドニー
  • 招待講演
• [図書] Evolution and Senses (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shichida
  • 総ページ数: 46
  • 出版者: Springer