光レセプターの機能発現・制御機構の動的解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08458210
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 七田 芳則 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60127090)
• 研究分担者: 寺北 明久 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30212062)
• キーワード: 視覚 / 桿体 / 錐体 / 光レセプター / G蛋白質 / 変異蛋白質 / 低温スペクトル法 / 生化学的手法

研究概要

脊椎動物の網膜には、薄明視を司る感度の高い桿体と、色覚を担い応答の速い錐体の二種類の視細胞が存在する。これらの細胞内光情報伝達の性質を検討するため、光レセプターの分子的な性質を検討した。また、光情報伝達に関与する光レセプター中間体の同定を試みた。その結果、以下のような成果が得られた。
1.様々な種類の錐体光レセプターの活性中間体(メタII)の安定性を検討した結果、桿体の光レセプターであるロドプシンに比べて崩壊速度が20〜50倍速いことを発見した。メタIIはトランスデューシンを活性化する中間体なので、その崩壊速度は視細胞の光シグナルの増幅率に関係すると考えられる。そこで、実際にトランスデューシン活性化の時間経過を、活性化されたトランスデューシンの量を指標に検討した。その結果、メタIIの挙動に対応してロドプシンでは活性化量が持続するのに対して、錐体光レセプターでは、活性化量が急速に減少した。すなわち、メタIIの酵素的なトランスデューシン活性化による光シグナルの増幅過程において、錐体と桿体の光レセプターの効率は著しく異なることが分かった。また、光レセプターのN末満から122番目のアミノ酸残基を置換すると、ロドプシンが錐体光レセプター型のメタIIの崩壊速度とトランスデューシン活性化の時間経過を示すようになり、逆に錐体光レセプターがロドプシンの性質を示すようになった。
2.これまでの研究から、トランスデューシンを活性化するのは、メタIIのみであると考えられてきた。ところが、時間分解低温分光法を用いて、蛋白質の構造変化過程でメタIIのみがトランスデューシンと相互作用するのかどうか検討したところ、メタIIの前駆体もトランスデューシンと相互作用することがわかった。さらに、この中間体はトランスデューシンと結合するだけであり、メタIIによってトランスデューシンが活性化されることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] H.Imai: "Single amino acid residue as a functional determinant of rod and cone pigments." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 94. 2322-2326 (1997)
• [文献書誌] T.Nagata: "Water and peptide bockborn structure in the active center of bovine rhodopsin." Biochemistry. 36. 6164-6170 (1997)
• [文献書誌] H.Imai: "Photochemical and biochemical properties of chicken blue-sensitive cone visual pigment." Biochemistry. 36. 12773-12779 (1997)
• [文献書誌] D.Kojima: "A novel Go-mediated phototransduction cascade in scallop visual cells." J.Biol.Chem.272. 22979-22982 (1997)
• [文献書誌] S.Tachibanaki: "Presence of two rhodopsin intermediates responsible for transducin activation." Biochemistry. 36. 14173-14180 (1997)
• [文献書誌] S.Tachibanaki: "Identification of a new intermediate state that binds but not activate transducin in the bleaching process of bovine rhodopsin." FEBS lett.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] R.Akiyama: "Analysis of excited state dynamics of 13-trans-locked-bacteriorhodopsin." J.Phys.Chem.101. 412-417 (1997)
• [文献書誌] A.Wada: "Retinoids and related compounds.Part 20.Synthesis of 11-Z-8,18-ethanoretinal and conformational study of rhodopsin chromophore." Chem.Soc.Perkin Trans.1. 1773-1777 (1997)
• [文献書誌] T.Kakitani: "Deuterium substitution effect on the excited state dynamics of rhodopsin." J.Phys.Chem.(印刷中). (1998)
• [文献書誌] Y.Shichida: "Visual Pigments." J.Cell,Mol.Life Sci.(印刷中).
• [文献書誌] 今井啓雄: "時間分解低温分光法による蛋白質構造変化の解析" 生物物理. 37. 225-226 (1997)
• [文献書誌] 七田芳則: "生物物理から見た生命像4 視る感覚「光のセンサー;視物資」(分担執筆)" 吉岡書店, 127 (1997)
• [文献書誌] 七田芳則: "視覚、図で学び絵で見るレーザー科学入門(分担執筆)" 丸善(CD-ROM), (1997)