桿体視細胞の暗ノイズ低減メカニズムの解明に向けた新規アプローチ

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26650119
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 七田 芳則 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60127090)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 視物質 / 視細胞 / 暗ノイズ / 生化学的手法 / 分子進化

研究実績の概要

動物の視細胞の応答感度は、そこに発現する視物質の熱活性化に大きく依存することが分かっている。前年度は、培養細胞で作製した視物質のリコンビナント体を用いて、視物質によるＧタンパク質の熱活性化頻度を評価する実験系を確立した。そして、視物質の熱活性化は発色団レチナールの熱異性化に由来することがわかった。本年度は、この実験系を用いて視物質の熱活性化頻度を制御するアミノ酸残基の特定を行った。
１．桿体のロドプシンと錐体の錐体視物質では、ロドプシンの熱活性化頻度が非常に小さいことが確認できた。この熱活性化頻度の違いに関わるアミノ酸残基を探索したところ、２つの残基の関与が明らかとなった。そして、この２残基はロドプシンと錐体視物質の活性状態の寿命に関わる残基として既に同定していたものであった。つまり、暗状態と活性状態の両方の分子特性に大きく影響する残基であることがわかった。
２．脊椎動物の中で、カエルは通常の桿体（赤桿体）以外に緑桿体をもち、ここには青色感受性錐体視物質が発現している。この２つの桿体のおかげで薄暗がりでも色弁別をしている可能性がある。このカエルの青錐体視物質を解析したところ、他の脊椎動物の青錐体視物質に比べて熱活性化頻度が低くなっており、ロドプシン様の性質であった。そして、変異体を用いた解析により、カエルの青錐体視物質の低い熱活性化頻度に重要な１つの残基を同定した。つまり、カエルは青錐体視物質の１アミノ酸変異により熱活性化頻度を下げ、高い応答感度をもつ特異な緑桿体を獲得したと考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Origin of the low thermal isomerization rate of rhodopsin chromophore. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yanagawa M, Kojima K, Yamashita T, Imamoto Y, Matsuyama T, Nakanishi K, Yamano Y, Wada A, Sako Y, Shichida Y.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 5:11081 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/srep11081
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helical rearrangement of photoactivated rhodopsin in monomeric and dimeric forms probed by high-angle X-ray scattering. (2015)
  • 著者名/発表者名: Imamoto Y, Kojima K, Oka T, Maeda R, Shichida Y.
  • 雑誌名: Photochem Photobiol Sci. 巻: 14(11) ページ: 1965-1973
  • DOI: 10.1039/c5pp00175g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversification of non-visual photopigment parapinopsin in spectral sensitivity for diverse pineal functions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Koyanagi M, Wada S, Kawano-Yamashita E, Hara Y, Kuraku S, Kosaka S, Kawakami K, Tamotsu S, Tsukamoto H, Shichida Y, Terakita A.
  • 雑誌名: BMC Biol. 巻: 13:73 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1186/s12915-015-0174-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversity of Active States in TMT Opsins. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Yamashita T, Imamoto Y, Shichida Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10(10):e0141238 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0141238
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Thermal isomerization of chromophore in rod and cone visual pigments (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shichida
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular evolution of the low thermal isomerization rate of rhodopsin chromophore (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shichida
  • 学会等名: 7th AOCP
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-11-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 両生類の緑桿体に含まれる青色錐体視物質の熱活性化頻度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松谷優樹、小島慧一、柳川正隆、山下高廣、今元泰、山野由美子、和田昭盛、七田芳則
  • 学会等名: 日本動物学会大86回大会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [学会発表] 視物質の低い熱活性化頻度をもたらす分子メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島慧一、柳川正隆、山下高廣、松谷優樹、今元泰、松山オジョス武、中西香爾、山野由美子、和田昭盛、佐甲靖志、七田芳則
  • 学会等名: 日本生物物理学会第53回年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [図書] 光と生命の辞典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 七田芳則
  • 総ページ数: 422
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 七田研ホームページ
  • URL: http://photo1.biophys.kyoto-u.ac.jp/shichida/home_jp.html