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2021 年度 実施状況報告書

ロドプシン類を利用した細胞間、組織間情報の光制御

研究課題

研究課題/領域番号 20K21434
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) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワード動物オプシン / 光遺伝学
研究実績の概要

エクソソームは、ガン細胞から分泌されることに加え、多様な通常組織の細胞からも分泌されることが知られており、エクソソームが細胞間や組織間のコミュニ ケーションに利用されている可能性が非常に注目されている。本研究では、Gタンパク質共役型受容体(GPCR)によるエクソソーム分泌制御を光感受性GPCRである動物オプシンを用いた光遺伝学により解明するとともに、エクソソーム分泌制御の光遺伝学ツールを、動物オプシンを用いて創生することをめざす。 前年度の解析により、培養細胞におけるエクソソームの分泌量の光依存的な増減のメカニズムを知るためには、個々のオプシンが活性化するGタンパク質の種類を詳細に明らかにする必要性を見出した。今年度は、視覚オプシン1種類と非視覚オプシン3種類(TMTオプシンなど)について、活性化するGタンパク質(アルファサブユニット)の種類を解析した。具体的には、培養細胞に発現している12種類のGαを含む16種類のGα(Gs, Gi1, Gi2, Gi, GoA, GoB, Gz, Gq, G11, G12, G13, G14, G15等)に対して、発光タンパク質(NanoBit, プロメガ)を利用した実時間解析を繰り返し行い、統計学的に有意に活性化するGαを調べた。その結果、これまでGi/Go共役型オプシンとして纏められていた比較近縁な上述4種類のオプシンであっても、活性化するGαの種類や効率に違いがあることを見出した。すなわち、詳細な様々な種類のGタンパク質に対する活性化能とエクソソームの光依存的分泌制御(増加と減少)を明確にすることにより、エクソソーム光遺伝学ツールを開発できることが示唆された。

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

前年度の解析により、二次メッセンジャーの変化とエクソソームの分泌量の変化の方向(増加、減少)が必ずしも一致しないことを見出していた。本年度における詳細な解析により、Gi共役型オプシンとして纏められていた比較近縁なオプシンであっても、活性化するGαの種類や効率に違いがあることを見出した。このことは、エクソソームの制御は、二次メッセンジャーではなく、Gタンパク質が直接関わる可能性が支持され、エクソソームの分泌制御機構と光遺伝学的制御の両面において、非常に有用な知見であると自己評価できる。従って、概ね順調に 進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

2年間結果に基づいて、エクソソームの分泌制御方向と活性化されるGタンパク質の詳細とを比較解析することにより、光依存的にエクソソーム分泌を増加させる光遺伝学ツールとエクソソーム分泌を減少させるツールを開発する。具体的には、さらに数種類のオプシンについて、活性化するGタンパク質の種類を決定し、それらオプシンの培養細胞における光依存的なエクソソーム分泌制御を解析し、活性化するGタンパク質の種類と光依存的なエクソソーム分泌制御との関係を明らかにする。また、キメラオプシンやキメラGタンパク質を適宜利用する。

次年度使用額が生じた理由

動物オプシンによるエクソソーム分泌制御について、「量」的な解析と「質」的な解析を行う予定であった。しかし、量的な解析を行った段階において、エクソソームの調節が二次メッセンジャーではなくGタンパク質の種類により調節されている可能性を見出した。この発見を確認・発展させるための実験を行ったために、エクソソームの質的な解析に関係する実験が延期されている。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2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] 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] Sorbonne Universite(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Sorbonne Universite
  • [雑誌論文] Insights into the evolutionary origin of the pineal color discrimination mechanism from the river lamprey2021

    • 著者名/発表者名
      13.Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Tomohiro Sugihara, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi and Akihisa Terakita
    • 雑誌名

      BMC Biology

      巻: 19 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s12915-021-01121-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 造礁サンゴがもつ多様なオプシン類の光受容特性の解析2021

    • 著者名/発表者名
      酒井 祐輔、小柳 光正、寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会 近畿支部 研究発表会
  • [学会発表] 非視覚オプシンの解析のための選択的活性化法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      岩崎 誠、和田 清二、永田 崇、杉原 智博、小柳 光正、寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会 近畿支部 研究発表会
  • [学会発表] 深海での光受容に特化したジンベエザメの視覚2021

    • 著者名/発表者名
      山口和晃、小柳光正、佐藤圭一、寺北明久、工樂樹洋
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] オプシン欠損変異体を用いたゼブラフィッシュ松果体光応答の解析2021

    • 著者名/発表者名
      和田清二、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] 原始的な多細胞動物に存在するオプシン様GPCRの解析2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋 直樹、寺北 明久、小柳光正
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] 非視覚オプシンゼブラフィッシュOpn3のGタンパク質活性化能の解析2021

    • 著者名/発表者名
      白田泰士、杉原智博、永田崇、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ網膜におけるメラノプシン発現水平細胞の光に対する応答の解析2021

    • 著者名/発表者名
      真野桃歌、和田清二、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] ハエトリグモのユニークな奥行き知覚メカニズムを支えるロドプシンの吸収極大波長制御機構の解析2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤龍、永田崇、寺北明久、小柳光正
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] 哺乳類の非視覚オプシンOpn3の分子特性の解析2021

    • 著者名/発表者名
      高草大悟、杉原智博、寺北明久、小柳光正
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] 松果体オプシン、パラピノプシン変異ゼブラフィッシュを用いた光依存的な行動の解析2021

    • 著者名/発表者名
      山本悠貴、斉藤智香、和田清二、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] 造礁性のウスエダミドリイシがもつ多様なオプシン類の光受容特性の解析2021

    • 著者名/発表者名
      酒井祐輔、塚本寿夫、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本動物学会第92回オンライン米子大会
  • [学会発表] Five opsins sensitive to blue to green lights are co-expressed in the eye photoreceptors of the terrestrial slug Limax2021

    • 著者名/発表者名
      Ryota Matsuo, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Yuko Matsuo, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Transmission of light information generated in the pineal organ to the midbrain in zebrafish.2021

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Molecular roperties of opsin-like GPCRs identified in a primitive multicellular animal2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Takahashi, Akihisa Terakita, Mitsumasa Koyanagi
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Comparative investigation of G protein activation ability of a non-visual opsin, zebrafish Opn32021

    • 著者名/発表者名
      Taishi Shirata, Tomohiro Sugihara, Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] A possible regulation of cone light responses by melanopsin distributed to horizontal cells in the larval zebrafish2021

    • 著者名/発表者名
      Momoka Mano, Seiji Wada, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Toward detection of neural activity changes in the zebrafish brain derived from extraocular photoreceptions.2021

    • 著者名/発表者名
      波越裕也、和田清二、小柳光正、寺北明久
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Spectroscopic characterization of anthozoa-specific opsins found in a reef-building coral.2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Sakai, M. Koyanagi, A. Terakita.
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第43回札幌大会
  • [学会発表] Optogenetic potentials of animal bistable opsins2021

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      Fourth ERNEST Meeting: Insights from structures of signalling complexes and computational modelling on GPCR function
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular properties and optogenetic potentials of animal bistable opsins2021

    • 著者名/発表者名
      Akihisa Terakita
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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