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2013 年度 実施状況報告書

哺乳動物が環境光を感知するためのメラノプシンの分子特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25840122
研究種目

若手研究(B)

研究機関分子科学研究所

研究代表者

塚本 寿夫  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (90579814)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード光受容 / 環境光 / ロドプシン / 分光学 / タンパク質 / 体内時計
研究概要

哺乳類は、他の動物と同様に、光情報を視覚のみならず、体内(概日)時計の調節など「非視覚」の用途にも用いている。体内時計を光によって調節する場合、それぞれの動物が活動している環境がどの程度の光強度にあるのかをうまく感知する必要がある。哺乳類の場合、そのような光環境の感知にメラノプシンと呼ばれる光受容タンパク質が関与していることがすでにわかっている。本年度は、種々の哺乳類が持つメラノプシンについて、それらが環境光を感知するためにどのような分子特性を持ち、その分子特性がどのようにして生み出され、調節されているのかを分光学的・生化学的手法を用いて解析した。
具体的には、ヒトとマウスのメラノプシンの分子特性を比較したところ、両者の安定性が大きく異なることを見出した。この結果は、昼行性のヒトと夜行性のマウスでは大きく異なる光環境で活動していることと連関していると考えられた。さらに、両メラノプシンに対して、部位特異的変異を導入した実験から、異なる安定性が、細胞外領域のアミノ酸配列の違いによってもたらされることを示唆する結果を得た。すなわち、ヒトとマウスが進化の過程で異なる光環境で生活するようになったことに応じて、メラノプシンの安定性に違いが生まれるようなアミノ酸配列の置換が起こったと示唆された。
さらに、ヒト以外の霊長類が持つメラノプシンについても安定性を比較し、比較的近縁なアミノ酸配列を持つ霊長類メラノプシンの間でも、安定性が顕著に多様化していることも見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

これまで、哺乳類メラノプシンがどのようにして環境光の受容に適した(あるいは適していない)分子特性を実現しているのかについては、ほとんど知見はなかった。しかし、本年度の研究から、哺乳類メラノプシンが「非視覚」の光受容にどのようにして寄与しているのかについて理解するための端緒となる結果を得ることができたのは、当初の計画より順調に進んでいることを示している。

今後の研究の推進方策

今後は、これまでの解析から明らかになった、哺乳類メラノプシンの分子レベルでの特性が、実際にどのような細胞レベルでの光応答に関与しているのかを明らかにすることを目指す。具体的には、異なる特性を示すメラノプシンを発現させた細胞に対して、電気生理学的手法を用いて、光応答特性を解析し、分子レベルの特性と細胞レベルの特性の相関を明らかにすることを目指す。

次年度の研究費の使用計画

「現在までの達成度」に述べたように、今年度は計画以上の進展があり、その進展に基づき次年度にさらに研究を発展させるために、平成25年度の予算の一部を平成26年度に移して執行することが必要であるため。
平成25年度執行から繰り延べた研究費と合わせた平成26年度執行の研究費を用いて、「今後の推進方策」に述べたような、メラノプシンを発現させた細胞の光応答特性を、より詳細かつより広範囲に検討することを可能にする。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Gタンパク質共役受容体オプシンとその構成的活性化変異体の構造ダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      塚本寿夫
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 54 ページ: 111-112

    • DOI

      10.2142/biophys.54.111

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A constitutively activating mutation alters the dynamics and energetics of a key conformational change in a ligand-free G protein-coupled receptor2013

    • 著者名/発表者名
      Hisao Tsukamoto, David L. Farrens
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 28207-28216

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.472464

    • 査読あり
  • [学会発表] 哺乳類メラノプシンが持つ分子特性とそれが生み出されるメカニズム2014

    • 著者名/発表者名
      塚本寿夫、David L. Farrens、久保義弘、小柳光正、寺北明久、古谷祐詞
    • 学会等名
      平成25年度生物物理学会中部支部講演会
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知)
    • 年月日
      20140306-20140306
  • [学会発表] 哺乳類two-pore型カリウムチャネルTWIK-1の全反射赤外分光解析2013

    • 著者名/発表者名
      塚本寿夫、中條浩一、久保義弘、古谷祐詞
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都)
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] 哺乳類メラノプシンが示す特徴的な分子特性2013

    • 著者名/発表者名
      塚本寿夫、David L. Farrens、久保義弘、小柳光正、寺北明久、古谷祐詞
    • 学会等名
      日本動物学会第84回大会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山)
    • 年月日
      20130926-20130928

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公開日: 2015-05-28  

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