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脊椎動物の網膜には、薄明視機能を担う桿体と昼間視機能・色覚を担う錐体という2種類の視細胞が存在する。また鳥類以下の脊椎動物では、松果体などの光受容細胞が生物リズムの制御に関わっている。本研究では、光受容蛋白質とG蛋白質の構造と機能に焦点を絞り、光受容細胞の生理機能の違いをひき起こす分子機構を解析した。
網膜の桿体は、光受容蛋白質とG蛋白質トランスデューシンとの相互作用の解析が進んでいる。本研究ではまず、我々が発見したトランスデューシンの脂質修飾が特異的な蛋白質間相互作用をひき起こし、光情報変換効率を制御していることを示した。また、トランスデューシンαサブユニットのN末端を認識する抗体を作成し、免疫組織化学的な解析から、N末端脂肪酸の異なる4種類のαサブユニットが一つの桿体細胞に共存する可能性を示した。さらに、カルシウム結合蛋白質リカバリンの標的蛋白質がロドプシンキナーゼであることを見出し、両者の複合体が細胞膜と会合すると安定化され、キナーゼ活性が強く抑制されることを明らかにした。
一方、錐体に関しては、ニワトリ網膜から精製した錐体光受容蛋白質の光受容後の構造変化を生化学的・生物物理学的手法により解析した。また、遺伝子操作によって桿体型と錐体型の光受容蛋白質のキメラ変異体を作成し、桿体と錐体の光応答の違いは光受容体のヘリックス1〜3のアミノ酸配列の違いに起因することを示した。
ニワトリ松果体においては、生物時計の光リセット機構解明の突破口を開くため、ニワトリ松果体に特異的に発現している光受容体遺伝子をクローニングし、ピノプシンと命名した。ピノプシンはロドプシンスーパーファミリーの一員で、青色感受性の光受容蛋白質であることを明らかにした。
以上の研究成果は、各光受容細胞が独特の光応答を示す分子メカニズムをある程度説明し、細胞内情報伝達機構の普遍性と特異性を考える上で極めて重要な知見である。
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