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2019 年度 実績報告書

機能未知光受容タンパク質に着目した脊椎動物の脳内光受容とその多様性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18H02482
研究機関大阪市立大学

研究代表者

小柳 光正  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (30379276)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード光生物 / 眼外光受容 / ロドプシン / 脳 / GPCR
研究実績の概要

近年、多様な動物の脳において、光受容タンパク質様遺伝子が発現していることが報告され、動物の脳における未知の光利用の可能性に注目が集まっている。しかしながら、それらの遺伝子が真に光受容体として機能する証拠がなかったために、脳内光受容が関わる生理機能の解析は立ち遅れていた。近年私たちは、昆虫や脊椎動物(魚類、鳥類)において、同遺伝子産物が光受容体として機能することを明らかにした。
そこで本研究では、脊椎動物の機能未知脳内光受容に関して、分子・神経基盤および生理的役割の解明とそれらの進化・多様性を明らかにすることを目指し、脳内光受容タンパク質を起点とした研究を展開している。その結果、2019年度は以下の研究成果を得た。

・駆動するシグナル伝達系が不明であった魚類の脳内光受容タンパク質について、培養細胞発現系を用いたGタンパク質の過剰発現・破壊・機能阻害実験を行い、魚類の脳内光受容タンパク質が、ある特定のGタンパク質を介したシグナル伝達系を光依存的に駆動することを示唆する結果を得た。
・未だ光受容体として機能することが証明されていない哺乳類の脳内光受容タンパク質様遺伝子について、培養細胞とベクターの種類の検討およびコドンの最適化によって、組み換えタンパク質の発現量を大幅に上げることに成功した。
・脳内光受容の生理的役割の解明を目指し、硬骨魚類を用いて、脳内光受容細胞からの神経伝達経路をカルシウムイメージングによって追跡する解析系を構築した。

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

本研究の基盤となる脳内光受容タンパク質の分子機能の解析は順調に進んでおり、生体機能の解析についても、複数の実験動物を補完的に用いることで着実に進んでいる。

今後の研究の推進方策

研究計画通りに、脳内光受容タンパク質の分子機能の解析を進め、生体内機能の解析へと展開したい。また、脳内光受容の多様性と進化を理解するために、他生物の研究をより積極的に進めたい。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (4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 3件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

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

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      The University of Manchester
  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Paul Scherrer Institute
  • [国際共同研究] Institut de la Vision(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Institut de la Vision
  • [国際共同研究] The University of Toledo/Salk Institute for Biological Studies(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      The University of Toledo/Salk Institute for Biological Studies
  • [雑誌論文] Spectral tuning mediated by helix III in butterfly long wavelength-sensitive visual opsins revealed by heterologous action spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Saito Tomoka、Koyanagi Mitsumasa、Sugihara Tomohiro、Nagata Takashi、Arikawa Kentaro、Terakita Akihisa
    • 雑誌名

      Zoological Letters

      巻: 5 ページ: 35

    • DOI

      10.1186/s40851-019-0150-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Co‐expression of opsins in the eye photoreceptor cells of the terrestrial slug Limax valentianus2019

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Ryota、Koyanagi Mitsumasa、Nagata Akane、Matsuo Yuko
    • 雑誌名

      Journal of Comparative Neurology

      巻: 527 ページ: 3073~3086

    • DOI

      10.1002/cne.24732

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The counterion-retinylidene Schiff base interaction of an invertebrate rhodopsin rearranges upon light activation2019

    • 著者名/発表者名
      Nagata Takashi、Koyanagi Mitsumasa、Tsukamoto Hisao、Mutt Eshita、Schertler Gebhard F. X.、Deupi Xavier、Terakita Akihisa
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 2 ページ: 180

    • DOI

      10.1038/s42003-019-0409-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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
  • [学会発表] Jumping spider Rh-1 as a possible model of bistable rhodopsins for structural, functional and optogenetic studies2020

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Takashi Nagata
    • 学会等名
      CREST「光の特性を活用した生命機能の時空間制御技術の開発と応用」第4回領域会議
  • [学会発表] 動物の視覚光センサータンパク質・ロドプシンにおける発色団のプロトン化に関する変異体解析2020

    • 著者名/発表者名
      永田 崇,小柳 光正,塚本 寿夫,Eshita Mutt,Gebhard F. X. Schertler,Xavier Deupi,寺北明久
    • 学会等名
      物性研短期研究会「理論タンパク質物性科学の最前線:理論と実験との密な協働」
  • [学会発表] Chromatic response with a single kind of opsin in the zebrafish pineal organ2019

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      FASEB SRC The Biology & Chemistry of Vision
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral tuning in butterfly long wavelength-sensitive visual opsins2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Takashi Nagata, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      FASEB SRC The Biology & Chemistry of Vision
    • 国際学会
  • [学会発表] オプシンファミリーに近縁なGPCRに着目したオプシンの起源の探索2019

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,高橋 直樹,寺北 明久
    • 学会等名
      日本進化学会第21回大会
  • [学会発表] Color dependent light regulation of cell responses by a non-visual bistable opsin parapinopsin2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      2019 ESP-IUPB World Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] 無脊椎動物視覚ロドプシンにおける対イオン-プロトン化シッフ塩基間相互作用の変異体解析2019

    • 著者名/発表者名
      永田 崇,小柳 光正,塚本 寿夫,Eshita Mutt,Gebhard F. X. Schertler,Xavier Deupi,寺北 明久
    • 学会等名
      ISSPワークショップ「レチナールタンパク質の光機能発現の物理と化学」
  • [学会発表] ハエトリグ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2019

    • 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
      日本動物学会第90回大会
  • [学会発表] 無顎類ヤツメウナギの脳深部に存在する新規光受容器官の非視覚オプシンに着目した組織学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      山下(川野) 絵美,由良 南々帆,小柳 光正,和田 清二,寺北 明久,保 智己
    • 学会等名
      日本動物学会第90回大会
  • [学会発表] サメのゲノム配列から明らかとなった生息水深への視覚の適応2019

    • 著者名/発表者名
      山口 和晃,小柳 光正,原 雄一郎,野津 了,佐藤 圭一,寺北 明久,工樂 樹洋
    • 学会等名
      日本動物学会第90回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体における波長検出に関わる光受容タンパク質パラピノプシンの不活性化機構の解析2019

    • 著者名/発表者名
      沈 宝国,和田 清二,永田 崇,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90回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュにおいて松果体光受容タンパク質が関わる光点灯時の遊泳活性の制御2019

    • 著者名/発表者名
      中田 玄樹,和田 清二,小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第90回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体における非感色性光応答を担う光受容タンパク質の解析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
      日本動物学会第90回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体における色情報検出を担う光受容体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
      日本動物学会第90回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 動物の双安定型ロドプシンを用いた細胞内シグナル伝達の光操作2019

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正
    • 学会等名
      日本動物学会第90回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Light regulation of cell responses by animal rhodopsins2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi
    • 学会等名
      9th Asia and Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 動物の光受容タンパク質の解析から生態・進化を探る2019

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正
    • 学会等名
      第四回軟骨魚類研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 松果体におけるオプシンの分子特性と波長識別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
      基礎生物学研究所セミナー「異分野融合による次世代光生物学研究会」
    • 招待講演
  • [学会発表] 動物のオプシンの起源の探索2019

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正,高橋 直樹,寺北 明久
    • 学会等名
      基礎生物学研究所セミナー「異分野融合による次世代光生物学研究会」
  • [学会発表] 板鰓類のゲノム解析:「サメらしさ」に分子から迫る2019

    • 著者名/発表者名
      工樂 樹洋,原 雄一郎,山口 和晃,野津 了,小柳 光正,寺北 明久,喜屋 武樹,西田 清徳,兵藤 晋,佐藤 圭一
    • 学会等名
      基礎生物学研究所セミナー「異分野融合による次世代光生物学研究会」
  • [学会発表] サメを知らずに脊椎動物を語れるかーゲノムから視覚を探る2019

    • 著者名/発表者名
      工樂 樹洋,山口 和晃,小柳 光正,寺北 明久
    • 学会等名
      基礎生物学研究所セミナー「異分野融合による次世代光生物学研究会」
    • 招待講演
  • [学会発表] A signaling pathway of “color information” generated in parapinopsin-expressing pineal photoreceptor cells to brain neurons in zebrafish2019

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第41回東京大会
  • [学会発表] Optical regulation of intracellular signaling using bistable animal opsins2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第41回東京大会
  • [学会発表] Evaluating contribution of pineal opsin, parapinopsin-based color opponency to preference for dark and light in zebrafish larvae2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Seiji Wada, Baoguo Shen, Genki Nakata , Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第41回東京大会
  • [学会発表] 動物の双安定型ロドプシンを用いたGPCRシグナル伝達の光操作2019

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正
    • 学会等名
      Promega Dynamic Connection 2019
    • 招待講演
  • [備考] 大阪市立大学大学院理学研究科生物地球系専攻 生体高分子機能学II研究室

    • URL

      http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/biol/mphys/index.html

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公開日: 2021-01-27  

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