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2017 年度 実績報告書

非視覚の光受容におけるオプシンの分子特性と機能の関係

研究課題

研究課題/領域番号 15H05777
研究機関大阪市立大学

研究代表者

寺北 明久  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (30212062)

研究期間 (年度) 2015-05-29 – 2020-03-31
キーワードオプシン / 非視覚 / 松果体
研究実績の概要

研究実績の概要
オプシンの分子特性と松果体波長識別及び副松果体光受容細胞に関わる解析を行い、以下の結果が得られた。
・情報伝達の解析:松果体波長識別に関わる光受容細胞の情報伝達系について解析し、視覚(眼)の場合と比較した。ゼブラフィッシュでは、パラピノプシンは、色覚に関与する錐体細胞のGタンパク質であるトランスデューシン2(Gt2)と共局在しているが、cGMP分解酵素(PDE)も錐体型のものと共局在していることを見いだした。一方、錐体型のGtを持たないヤツメウナギの場合は、視覚と同一のGタンパク質およびPDEと共局在・共役していることを見出した。
・松果体オプシンの分子特性と波長識別機能の関連:前年度に作製した松果体オプシンの内の1つに代わり、視覚オプシンを発現させたゼブラフィッシュ変異体を用いて、松果体光受容細胞のカルシウムイメージング解析を行った。その結果、松果体オプシンの分子特性が波長識別応答に必須であり、また光受容細胞に視覚オプシンにはない明順応効果をもたらすことが分かった。
・UV光/緑色光の波長識別の生理機能の解析:比較的弱い白色光条件下おいて、松果体細胞がUV光と可視光の識別を行えることを明らかにした。また、脳に投射すると考えられる神経節細胞からカルシウムイメージングにより波長対比応答を記録することに成功した。
副松果体の光受容細胞の役割に関する解析:副松果体に存在するパラピノプシン発現細胞の神経活動をカルシウムイメージングにより記録する方法を確立した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

副松果体での光受容細胞の機能解析についてやや遅れぎみであるが、カルシームイメージングを用いた解析の条件設定が終了し、光応答の解析が可能となった。また、脳へと投射する神経節細胞からの波長対比応答の記録に成功したこと、さらに脳内のカルシウム応答解析の条件設定が終了したことから、今後の波長識別応答に関わる脳内部位の解析の進展に期待できる。以上のことから、全体として、おおむね順調であると自己評価した。

今後の研究の推進方策

松果体波長識別に関する解析:松果体のパラピノプシン発現細胞における1種類のオプシンによる波長識別について、パラピノプシン遺伝子破壊個体や視覚UVオプシンを発現する個体を用いて、環境光変化を模倣した光条件を用いて詳細に検討することにより、波長識別の生物学的意義を推測する。また、光受容細胞から波長対比応答を受け取る神経節細胞を標識し、投射する脳領域を決定する手法も試みるとともに、遺伝子破壊個体や視覚UVオプシンを発現する個体を用いた行動実験を開始する。
副松果体オプシン発現細胞の光受容に関する解析:パラピノプシン遺伝子及び前年度作製したオプシン遺伝子を破壊したゼブラフィッシュを用いて、前年度に確立したカルシウムイメージングにより、パラピノプシン発現細胞や前年度に同定したオプシン発現細胞の光応答性について、詳細な解析を試みる。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 15件、 招待講演 5件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] The University of Manchester(United Kingdom)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      The University of Manchester
  • [雑誌論文] An all-trans-retinal-binding opsin peropsin as a potential dark-active and light-inactivated G protein-coupled receptor2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Robert Lucas, Akihisa Terakita
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 3535

    • DOI

      10.1038/s41598-018-21946-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vertebrate Bistable Pigment Parapinopsin: Implications for Emergence of Visual Signaling and Neofunctionalization of Non-visual Pigment2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Emi Kawano-Yamashita, Seiji Wada, Akihisa Terakita
    • 雑誌名

      Frontiers in Ecology and Evolution

      巻: 5 ページ: 23

    • DOI

      10.3389/fevo.2017.00023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] オプシンの分子特性と光受容細胞の応答2018

    • 著者名/発表者名
      寺北 明久
    • 学会等名
      大阪大学蛋白研セミナー「網膜感覚研究のフロンティア」
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of arrestin binding to parapinopsin, a photopigment involved in pineal wavelength discrimination.2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Emi Kawano-Yamashita, Seiji Wada, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Color opponency with a single kinds of bistable opsin in the zebrafish pineal organ.2018

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Masahiro Hibi, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimating spectral sensitivities of various opsins based on biochemical responses of cultured cells expressing opsins.2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Sugihara, Takashi Nagata, Benjamin Mason, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of parapinopsin “bistability” to light-responses in the zebrafish pineal organs.2018

    • 著者名/発表者名
      Baoguo Shen, Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of amino acid residues involved in spectral tuning of butterfly long-wavelength-sensitive opsins.2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular physiology of diverse light-senor proteins and their optogenetic application.2018

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 有袋類に着目した哺乳類の進化過程で失われた非視覚系光受容タンパク質の機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,冨田 和志,清成 寛,寺北 明久
    • 学会等名
      日本進化学会第19回大会
  • [学会発表] 分子の特徴から見る光生理学と光遺伝学2017

    • 著者名/発表者名
      寺北 明久
    • 学会等名
      第3回大阪市立大学杉本・阿倍野ライフサイエンス談話会
    • 招待講演
  • [学会発表] Contribution of a molecular property of a pineal opsin parapinopsin to cellular responses.2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
  • [学会発表] 松果体波長識別応答に関わる光受容タンパク質パラピノプシンのアレスチン結合に関する解析2017

    • 著者名/発表者名
      永田 崇,小柳 光正,山下(川野)絵美,和田 清二,小澤 岳昌,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] パラピノプシンの双安定性に着目した細胞応答の波長依存的な光制御2017

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,沈 宝國,永田 崇,孫 蘭芳,和田 清二,上村 了美,中台(鹿毛)枝里子,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体の波長識別応答における光受容タンパク質パラピノプシンの分子特性の重要性2017

    • 著者名/発表者名
      和田 清二,沈 宝國,山下(川野)絵美,永田 崇,保 智己,小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体の光応答におけるパラピノプシンの分子特性“双安定性”の寄与についての解析2017

    • 著者名/発表者名
      沈 宝國,和田 清二,山下(川野)絵美,小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] Diversity of animal rhodopsins and their potentials for optical regulation of cell signaling.2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Lanfang Sun, Seiji Wada, Satomi Kamimura, Eriko Kage-Nakadai, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      第9回光操作研究会
  • [学会発表] 視覚や非視覚の光受容機構に関する比較生理学的研究2017

    • 著者名/発表者名
      寺北 明久
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of an opsin, peropsin, distributing to the spider brain and eyes2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [学会発表] Investigation of the pineal photoresponse involving parapinopsin in the zebrafish under bright light conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [学会発表] Investigation of amino acid residues involved in spectral tuning of butterfly long-wavelength-sensitive opsins.2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [学会発表] Mutational analysis of the Schiff base counterion in Jumping spider rhodopsin, an invertebrate Gq-coupled rhodopsin.2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Eshita Mutt, Xavier Deupi, Gebhard Schertler, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] Amino acid residues involved in Spectral tuning that accounts for difference in absorption maxima between two kinds of butterfly long-wavelength-sensitive opsins.2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of wavelength discrimination involving bistable parapinopsin in the zebrafish pineal organ.2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical regulation of cell signaling using bistable animal opsins.2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Lanfang Sun, Seiji Wada, Satomi Kamimura, Eriko Kage-Nakadai, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      2017 FASEB SUMMER RESEARCH CONFERENCES
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of opsin properties to non-visual photoreception.2017

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      2017 FASEB SUMMER RESEARCH CONFERENCES
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Jumping spider rhodopsin: a new tool for optogenetics in GPCR signaling.2017

    • 著者名/発表者名
      E. Lesca, E. Mutt, N. Varma, A. Terakita, R.J. Lucas, X. Deupi, G.F.X Schertler
    • 学会等名
      17th HFSP Awardees Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular properties of animal non-visual opsins and their optogenetic potentials.2017

    • 著者名/発表者名
      B. Shen, T. Nagata, S. Wada, S. Kamimura, E. Kage-Nakadai, R.J. Lucas, G.F.X Schertler, M. Koyanagi, A. Terakita
    • 学会等名
      17th HFSP Awardees Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Light-responses of photoreceptor cells expressing UV-sensitive opsin, parapinopsin in the zebrafish pineal wavelength discrimination.2017

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      The 8th Asia & Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Detergent-free approach to spectral tuning mechanisms of long-wavelength-sensitive opsins in butterfly.2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      The 8th Asia & Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会
  • [備考] http://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2017/180226-2

  • [産業財産権] 新規な光受容タンパク質2017

    • 発明者名
      永田崇,小柳光正,寺北明久
    • 権利者名
      永田崇,小柳光正,寺北明久
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-226272

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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