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2017 年度 実績報告書

光刺激を用いたシグナル伝達の時空間的に精密な制御

公募研究

研究領域数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
研究課題/領域番号 17H06015
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, 准教授 (30379276)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード光生物学 / 光遺伝学 / ロドプシン / GPCR / Gタンパク質
研究実績の概要

シグナル伝達をシステムとして理解するためには、各反応の速度や持続性といった動的な情報を得ることが重要であり、そのためにはシグナル伝達の時空間的に精密な制御が必要である。最近私たちは、動物の視覚を支える光作動性のGタンパク質共役型受容体(GPCR)であるロドプシンおよびその類似光タンパク質をツールとして用いた細胞内シグナル伝達系の光制御に成功した。そこで本研究では、GPCRシグナル伝達系をモデルとして、ロドプシンベースの光制御ツールを用いたシグナル伝達系の高時間分解能制御を“細胞レベル”と“個体レベル”の両方で試みている。その結果、平成29年度は以下の成果が得られた。

・培養細胞において、ロドプシン類と、ロドプシン類を含むGPCRが相互作用するタンパク質であるGタンパク質(シグナルの生成に関わる)およびアレスチン(シグナルの終息に関わる)との結合と解離を光で制御することに成功し、光を用いたシグナル伝達の高時間分解能制御の解析系を確立した。
・個体レベルでのシグナル伝達の光制御のモデルとして取り組む「インスリン分泌」の光制御について、光制御ツールの評価と最適化および遺伝子導入の準備が整った。
・従来にはなかった、光照射によって不活性化されるロドプシン類(ペロプシン)を発見した。ペロプシンをベースに開発した新規の光感受性GPCRツールによって、細胞内シグナル伝達を光照射によってオフにすることに成功した。

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光感受性GPCRツールの開発およびシグナル伝達の高時間分解能制御のための解析系の確立に関して十分な成果を得ており、また、光感受性GPCRツールの導入の準備も着実に進んでいる。

今後の研究の推進方策

研究計画通りに、開発した光感受性GPCRツールを用いたシグナル伝達の高時間分解能制御を培養細胞レベルと個体レベルで進める。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 12件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (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] Salk Institute for Biological Studies(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Salk Institute for Biological Studies
  • [雑誌論文] An all-trans-retinal-binding opsin peropsin as a potential dark-active and light-inactivated G protein-coupled receptor2018

    • 著者名/発表者名
      Nagata Takashi、Koyanagi Mitsumasa、Lucas Robert、Terakita Akihisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 3535

    • DOI

      doi.org/10.1038/s41598-018-21946-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Vertebrate Bistable Pigment Parapinopsin: Implications for Emergence of Visual Signaling and Neofunctionalization of Non-visual Pigment2017

    • 著者名/発表者名
      Koyanagi Mitsumasa、Kawano-Yamashita Emi、Wada Seiji、Terakita Akihisa
    • 雑誌名

      Frontiers in Ecology and Evolution

      巻: 5 ページ: 23

    • DOI

      doi.org/10.3389/fevo.2017.00023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Expression and light-dependent translocation of β-arrestin in the visual system of the terrestrial slugLimax valentianus2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Ryota、Takatori Yuka、Hamada Shun、Koyanagi Mitsumasa、Matsuo Yuko
    • 雑誌名

      The Journal of Experimental Biology

      巻: 220 ページ: 3301~3314

    • DOI

      doi: 10.1242/jeb.162701

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Characterization of arrestin binding to parapinopsin, a photopigment involved in pineal wavelength discrimination2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Emi Kawano-Yamashita, Seiji Wada, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Color opponency with a single kinds of bistable opsin in the zebrafish pineal organ2018

    • 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
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimating spectral sensitivities of various opsins based on biochemical responses of cultured cells expressing opsins2018

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Sugihara, Takashi Nagata, Benjamin Mason, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of parapinopsin “bistability” to light-responses in the zebrafish pineal organs2018

    • 著者名/発表者名
      Baoguo Shen, Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of amino acid residues involved in spectral tuning of butterfly long-wavelength-sensitive opsins2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      9th OCARINA International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional properties of diverse animal rhodopsins and their potentials for optical regulation of cell signaling2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mutational analysis of the Schiff base counterion in Jumping spider rhodopsin, an invertebrate Gq-coupled rhodopsin2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Eshita Mutt, Xavier Deupi, Gebhard Schertler, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of wavelength discrimination involving bistable parapinopsin in the zebrafish pineal organ2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] Amino acid residues involved in Spectral tuning that accounts for difference in absorption maxima between two kinds of butterfly long-wavelength-sensitive opsins2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
    • 国際学会
  • [学会発表] ナメクジの網膜におけるβアレスチンの発現と光依存的な細胞内局在変化2017

    • 著者名/発表者名
      松尾 亮太, 鷹取 由佳, 濱田 俊, 小柳 光正, 松尾 優子
    • 学会等名
      日本動物学会九州支部・九州沖縄植物学会・日本生態学会九州地区 2017三学会合同大分大会
  • [学会発表] Optical regulation of cell signaling using bistable animal opsins2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Lanfang Sun, Seiji Wada, Satomi Kamimura, Eriko Kage-Nakadai, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      2017 FASEB SUMMER RESEARCH CONFERENCES
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular properties of animal non-visual opsins and their optogenetic potentials2017

    • 著者名/発表者名
      Baoguo Shen, Takashi Nagata, Seiji Wada, Satomi Kamimura, Eriko Kage-Nakadai, Robert J. Lucas, Gebhard F. X. Schertler, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      17th HFSP Awardees Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 有袋類に着目した哺乳類の進化過程で失われた非視覚系光受容タンパク質の機能解析2017

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正, 冨田 和志, 清成 寛, 寺北 明久
    • 学会等名
      日本進化学会第19回大会
  • [学会発表] パラピノプシンの双安定性に着目した細胞応答の波長依存的な光制御2017

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正, 沈 宝國, 永田 崇, 孫 蘭芳, 和田 清二, 上村 了美, 中台(鹿毛)枝里子, 寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体におけるメラトニン分泌の光制御に関わるオプシンの解析2017

    • 著者名/発表者名
      寺北 明久, 和田 清二, 藤井 耀, 小柳 光正
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] 松果体波長識別応答に関わる光受容タンパク質パラピノプシンのアレスチン結合に関する解析2017

    • 著者名/発表者名
      永田 崇, 小柳 光正, 山下(川野)絵美, 和田 清二, 小澤 岳昌, 寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体の波長識別応答における光受容タンパク質パラピノプシンの分子特性の重要性2017

    • 著者名/発表者名
      和田 清二, 沈 宝國, 山下(川野)絵美, 永田 崇, 保 智己, 小柳 光正, 寺北 明久
    • 学会等名
      日本動物学会第88回大会
  • [学会発表] ゼブラフィッシュ松果体の光応答におけるパラピノプシンの分子特性“双安定性”の寄与についての解析2017

    • 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88回大会
  • [学会発表] Contribution of a molecular property of a pineal opsin parapinopsin to cellular responses2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      第55回生物物理学会年会
  • [学会発表] Diversity of animal rhodopsins and their potentials for optical regulation of cell signaling2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsumasa Koyanagi, Baoguo Shen, Takashi Nagata, Lanfang Sun, Seiji Wada, Satomi Kamimura, Eriko Kage-Nakadai, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      第9回光操作研究会
  • [学会発表] Detergent-free approach to spectral tuning mechanisms of long-wavelength-sensitive opsins in butterfly2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      The 8th Asia & Oceania Conference on Photobiology
    • 国際学会
  • [学会発表] 動物の非視覚光受容タンパク質の多様性と光操作への応用2017

    • 著者名/発表者名
      小柳 光正
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of an opsin, peropsin, distributing to the spider brain and eyes2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [学会発表] Investigation of the pineal photoresponse involving parapinopsin in the zebrafish under blight light conditions2017

    • 著者名/発表者名
      Seiji Wada, Baoguo Shen, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Satoshi Tamotsu, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [学会発表] Investigation of amino acid residues involved in spectral tuning of butterfly long-wavelength-sensitive opsins2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka Saito, Mitsumasa Koyanagi, Tomohiro Sugihara, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita
    • 学会等名
      日本比較生理生化学会第39回大会
  • [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

  • [産業財産権] 特許権2017

    • 発明者名
      永田崇,小柳光正, 寺北明久
    • 権利者名
      永田崇,小柳光正, 寺北明久
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-226272

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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