脳内光受容と生物時計を支える分子基盤

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09780563
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岡野 俊行 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (40272471)
• キーワード: 松果体 / ピノプシン / 光受容 / G蛋白質 / 概日リズム / 生物時計 / 光周性 / ロドプシン

研究概要

交付申請書に記載の研究実施計画に沿って研究を進め、以下の知見を得た。
【松果体の光情報伝達経路と時計発振系の解析】ニワトリ松果体Gαの全一次構造決定に続いて、松果体のG蛋白質が光受容蛋白質ピノプシンと共存すること、Gt_1αおよびG_<11>αが光刺激依存的に光受容蛋白質から解離することを明らかにした。これらのことから、Gt_1を介した既知の光情報伝達経路の他に、G_<11>αを介した全く新しい経路が存在することが強く示唆された。
これと並行して、ヒヨコ松果体細胞を用いたディファレンシャルディスプレイ解析を行い、時刻依存的に転写される遺伝子を探索した。その結果、分子シャペロンの一種であるHSP90遺伝子の転写量が概日時計によって調節されていると考えられた。
また、概日時計への光入力系にチロシンリン酸化蛋白質が関与している可能性を検討した。その結果、ヒヨコ松果体MAPキナーゼが光刺激の直後に脱リン酸化されること、さらにMAPキナーゼのチロシンリン酸化量および活性は恒暗条件下においても概日リズムを示すことがわかった。また、MEKの阻害剤(PD98059)を培養松果体に投与すると、概日時計の位相シフトが観察された。これらのことから、MAPキナーゼは概日時計を構成する分子であり、MAPキナーゼの活性化・不活性化のサイクルは、概日時計が駆動するために必要であることが明らかになった。
【脳深部における光情報伝達経路】脳深部(外側中隔、視床下部)に存在する光受容体を特異的に認識する抗体を作製し、免疫組織化学的手法により脳深部光受容細胞の形態や細胞内における光受容分子の局在について検討した。その結果、脳脊髄液接触ニューロンのノブ状構造および細胞膜上に光受容蛋白質が集積していることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Mizusawa,Kanta: "Molecular cloning and characterization of a cDNA encoding the retinal arylalkylamine N-acetyltransferase of the rainbow trout,Oncorhynchus mykiss." Zool.Sci.15. 345-351 (1998)
• [文献書誌] Yamao,Mikaru: "Differentiation of pinopsin-immunoreactive cells in the developing quail pineal organ: in vivo and in vitro immunohistochemical study." Cell Tissue Res.(in press).
• [文献書誌] 岡野 俊行: "脳内光レセプター" 生物物理. (印刷中).
• [文献書誌] 笠原 和起: "時計細胞の時刻を可視化する" バイオイメージング. (印刷中).
• [文献書誌] Okano,Toshiyuki: "Light perception and circadian rhythm.(分担執筆)" Hokkaido University Press,Sapporo (in press),
• [文献書誌] Okano,Toshiyuki: "Photoreceptors in pineal gland and brain in: “Methods in Enzymology"" Academic Press (in press),
• [文献書誌] 深田 吉孝: "視覚異常症.図説・分子病態学・改訂2版(分担執筆)" 中外医学社, 6 (1998)
• [文献書誌] 深田 吉孝: "松果体の光受容.「生物時計の分子生物学」(分担執筆)" シュプリンガーフェアラーク東京, 12 (1999)