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2018 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 / 松果体 / 非視覚 / 色検出
研究実績の概要

松果体オプシンであるパラピノプシンの分子特性に基づく光受容およびUV光と可視光の比率の検出(色検出)について、ゼブラフィッシュを用いて解析し、以下の結果を得た。
(1)色(波長)検出に関わる解析:(i)自然環境のUV光と可視光の強度変化を模倣した刺激を行い、パラピノプシンのみを用いた色検出が可能であるのかを、二光子励起レーザー顕微鏡を用いたイメージングにより詳細に検討した。その結果、夏の午後6時における日向と日陰でのUV光と可視光の比率の差異を検出できることを見出した。(ii)野生型およびパラピノプシン遺伝子破壊個体を用いて、神経節細胞と脳全体を対象としたカルシウムイメージング解析を行った結果、さらなる解析が必要であるものの、数個の神経節細胞を経て脳内の限られた部位の少数の細胞に、松果体光受容細胞から色検出情報が投射している可能性が示唆された。 (iii)野生型、オプシン遺伝子破壊個体、眼球除去個体について、明暗やUV光と可視光の比率を変化させた条件下での行動を解析した。その結果、パラピノプシンについては、その光受容が関与する可能性がある行動をいくつか選別でき、今後の解析対象を見出せた。また、1つの松果体オプシン遺伝子破壊個体について、野生型と比較して、特徴的な行動変化を発見した。
(2)副松果体の光受容細胞の役割の解析:(i)副松果体のパラピノプシン発現細胞において、パラピノプシンの発現は手綱核の非対称性形成の後であることが示唆された。すなわち、パラピノプシンの光受容が非対称性形成に関与する可能性は低いことが示唆された。(II)副松果体のパラピノプシン発現細胞にはGタンパク質であるトランスデューシンの発現量が非常に少ないことを見出した。したがって、副松果体においてはパラピノプシン細胞が直接手綱核に投射しているものの、光依存的なシグナルを伝達している可能性は低いと考えられた。

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

副松果体に関する研究は、パラピノプシンが副松果体の光受容に関与しない可能性があるなど、想定外の発見があったものの、松果体については、色検出情報の脳への投射解析が順調に進んだことから、概ね順調に進展していると自己判断した。

今後の研究の推進方策

副松果体のパラピノプシンや他のオプシン発現細胞の光応答をカルシウムイメージングにより捉えるとともに、今年度、「パラピノプシンの光受容が関与する行動」の候補として選別した行動について、さらに詳しく解析し、パラピノプシンが受容するUVと可視光の比率情報が関与する生理機能について明らかにする。さらに、今年度の結果を踏まえ、脳全体を対象とした、カルシウムイメージング解析を行う。具体的には、パラピノプシンの分子特性(bistable nature)に依存する光 応答を光受容細胞に発生させる光条件において、そのパラピノプシン依存的応答を発生する神経節細胞と脳内細胞を同定する。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Paul Scherrer Institut
  • [国際共同研究] Freie Universitat Berlin(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Freie Universitat Berlin
  • [国際共同研究] University of Manchester(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Manchester
  • [雑誌論文] The Two-Photon Reversible Reaction of the Bistable Jumping Spider Rhodopsin-12019

    • 著者名/発表者名
      Ehrenberg David, Varma Niranjan, Deupi Xavier, Koyanagi Mitsumasa, Terakita Akihisa, Schertler Gebhard F. X., Heberle Joachim, Lesca Elena
    • 雑誌名

      BIOPHYSICAL JOURNAL

      巻: 116 ページ: 1248-1258

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2019.02.025

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Shark genomes provide insights into elasmobranch evolution and the origin of vertebrates2018

    • 著者名/発表者名
      Hara Yuichiro et al.
    • 雑誌名

      Nature Ecology & Evolution

      巻: 2 ページ: 1761~1771

    • DOI

      10.1038/s41559-018-0673-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Color opponency with a single kind of bistable opsin in the zebrafish pineal organ2018

    • 著者名/発表者名
      Wada Seiji、Shen Baoguo、Kawano-Yamashita Emi、Nagata Takashi、Hibi Masahiko、Tamotsu Satoshi、Koyanagi Mitsumasa、Terakita Akihisa
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 ページ: 11310~11315

    • DOI

      10.1073/pnas.1802592115

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Convergent evolution of tertiary structure in rhodopsin visual proteins from vertebrates and box jellyfish2018

    • 著者名/発表者名
      Gerrard Elliot、Mutt Eshita、Nagata Takashi、Koyanagi Mitsumasa、Flock Tilman、Lesca Elena、Schertler Gebhard F. X.、Terakita Akihisa、Deupi Xavier、Lucas Robert J.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 115 ページ: 6201~6206

    • DOI

      10.1073/pnas.1721333115

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 板鰓類3種のゲノム解析:「サメらしさ」に分子から迫る2019

    • 著者名/発表者名
      原 雄一郎,山口 和晃,野津 了,小柳 光正,喜屋武 樹,寺北 明久、西田 清徳,兵藤 晋,佐藤 圭一,工樂 樹洋
    • 学会等名
      平成31年度日本水産学会春季大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体の単一オプシンによる色情報検出2019

    • 著者名/発表者名
      和田 清二,沈 宝國,山下(川野)絵美,永田 崇, 日比 正彦, 保 智己, 小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      第13回バイオイメージングフォーラム&基礎生物学研究所重点共同利用 合同シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Contribution of parapinopsin molecular property to cellular light responses in the zebrafish pineal organ2019

    • 著者名/発表者名
      Baoguo Shen, Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Animal opsins: non-visual functions and optogenetic applications2019

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Behavioral investigation of non-visual photoreception with pineal-specific opsin- knockout zebrafish2019

    • 著者名/発表者名
      Genki Nakata, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi and Akihisa Terakita
    • 学会等名
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of the pineal wavelength discrimination based on a pineal-specific opsin parapinopsin in the zebrafish behaviours2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Seiji wada, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi and Akihisa Terakita
    • 学会等名
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] A nobel type of opsin with optogenetic potential: animal opsin-based photopigment as a potential dark-active and light-Inactivated G protein-coupled receptor2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Robert Lucas, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] “Detection of “color changes” with a single kind of opsin in the zebrafish pineal organ2019

    • 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
      10th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 板鰓類の視覚を司る遺伝子と生息環境の関係を探る2018

    • 著者名/発表者名
      山口 和晃,小柳 光正,原 雄一郎,寺北 明久,工樂 樹洋
    • 学会等名
      板鰓類シンポジウム2018
  • [学会発表] Relationship between absorption spectra of spider rhodopsins and evolution of depth perception mechanism2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Takashi Nagata, Tomoka Saito, Yu Maekawa, Gen Suwa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Contribution of a pineal opsin to light-suppressed melatonin secretion and light-regulated locomotor activity in zebrafish pineal organ2018

    • 著者名/発表者名
      Genki Nakata, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Histochemical investigation of phototransduction-related gene expression in zebrafish pineal photoreceptor cells2018

    • 著者名/発表者名
      Haruka Nishioka, Takashi Nagata, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Comparative investigation of light responses of pineal photoreceptor cells containing different types of opsins with transgenic zebrafish2018

    • 著者名/発表者名
      Baoguo Shen, Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Relationship between pineal wavelength discrimination involving parapinopsin and natural light conditions in the zebrafish2018

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Masahiko Hibi, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Histochemical investigation of non-visual opsin-expressing photoreceptor cells in the larval and adult lamprey brains2018

    • 著者名/発表者名
      Emi Kawano-Yamashita, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] Opsins involved in the visual function of the terrestrial slug Limax2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Matsuo, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Akihisa Terakita, Haruka Hishiyama, Yuko Matsuo
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第40回大会
  • [学会発表] クモの視物質の吸収スペクトルと奥行き知覚メカニズムの進化との関係2018

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,永田 崇,斉藤 智香,前川 優,諏訪 元,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
  • [学会発表] 幼生期及び成体期のヤツメウナギにおける非視覚オプシンが発現する脳深部光受容器官の組織学的解析2018

    • 著者名/発表者名
      山下(川野)絵美,保 智己,小柳 光正,和田 清二,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
  • [学会発表] チョウの生殖行動を制御する光受容体2018

    • 著者名/発表者名
      塚本 寿夫,内山 博允,秋山 時穂,小柳 光正,古谷 祐詞,寺北 明久,蟻川 謙太郎
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
  • [学会発表] ナメクジの視覚機能に関わるオプシンの解析2018

    • 著者名/発表者名
      松尾 亮太,小柳 光正,杉原 智博,寺北 明久,西山 春佳,松尾 優子
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体における波長識別を担う光受容体2018

    • 著者名/発表者名
      和田 清二,沈 宝國,山下(川野)絵美,永田 崇, 日比 正彦, 保 智己, 小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 松果体におけるパラピノプシンの寄与する光応答と自然光との関わり2018

    • 著者名/発表者名
      和田 清二,沈 宝國,山下(川野)絵美,永田 崇, 日比 正彦, 保 智己, 小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第89回大会
  • [学会発表] 遺伝子導入ゼブラフィッシュを用いたオプシンの分子特性が寄与する松果体の光応答の解析2018

    • 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89回大会
  • [学会発表] Dark-active and light-inactivated G protein-coupled receptors based on an animal opsin, peropsin2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi,Robert Lucas and Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Analyses of pineal photoresponses using opsin-deficient and -replaced zebrafish mutants2018

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Masahiko Hibi, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      第24回小型魚類研究会
  • [学会発表] クモのロドプシンの分子進化と奥行き知覚メカニズムの関係2018

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,永田 崇,斉藤 智香,寺北 明久
    • 学会等名
      日本進化学会第20回大会
  • [学会発表] サメのオプシン遺伝子レパートリーと生息環境との関係を探る2018

    • 著者名/発表者名
      山口 和晃,小柳 光正,原 雄一郎,寺北 明久,工樂 樹洋
    • 学会等名
      日本進化学会第20回大会
  • [学会発表] 全トランスレチナール結合オプシン・ペロプシンの光不活性化型GPCRとしての性質2018

    • 著者名/発表者名
      永田 崇,小柳 光正,Robert Lucas,寺北 明久
    • 学会等名
      第20回日本光生物学協会年会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体における1種類のオプシンに基づく波長検出応答2018

    • 著者名/発表者名
      和田 清二,沈 宝國,山下(川野)絵美,永田 崇, 日比 正彦, 保 智己, 小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      第20回日本光生物学協会年会
  • [学会発表] Contribution of opsin bistability to color opponency in the zebrafish pineal organs2018

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      18th International Conference on Retinal Proteins, Ontario, Canada
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Peropsin as a potential light-inactivated G protein-coupled receptor2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Robert Lucas, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      18th International Conference on Retinal Proteins, Ontario, Canada
    • 国際学会
  • [学会発表] Color opponency with a bistable pigment parapinopsin in the zebrafish pineal organ2018

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Masahiko Hibi, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      18th International Conference on Retinal Proteins, Ontario, Canada
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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