最新の研究成果

発表のポイント

■高度に発達した目をもつハコクラゲは、原始的な無脊椎動物（刺胞動物）であるにも関わらず、目の中で光受容機能を担うタンパク質（クラゲロドプシン（注1））が、哺乳類などの脊椎動物とよく似た光反応特性を示すことが明らかになりました。

■クラゲロドプシンが示す、脊椎動物ロドプシンと類似の光反応特性は、光吸収・反応機能に重要なアミノ酸残基の特異な位置によるものであることを、赤外分光とAIを活用した構造解析から明らかにしました。

■ヒトを含めた動物に視覚機能をもたらす、最初の機能性タンパク質であるロドプシンの進化の謎に迫る新たな知見を得ました。

■クラゲロドプシンを新規光遺伝学（注2）ツールとして応用するための分子基盤の理解を促進することが期待されます。

概要

名古屋工業大学大学院工学研究科の犬飼紫乃氏（工学専攻生命・応用化学系プログラム 博士前期課程2年）、片山耕大 准教授、神取秀樹 特別教授、大阪公立大学大学院理学研究科の寺北明久 教授、小柳光正 教授らの研究グループは、高度に発達した目をもつハコクラゲが、進化の過程でロドプシン（クラゲロドプシン）中の特異な位置にカウンターイオン（注3）を移動させた結果、脊椎動物ロドプシンとよく似た光反応特性を示すようになったことを明らかにしました。そして、カウンターイオンの位置が異なる3種（クラゲ：原始的な無脊椎動物（刺胞動物）、ウシ：脊椎動物、イカ：発達した無脊椎動物（軟体動物））のロドプシンで比較解析を行うことにより、クラゲロドプシンが辿った分子進化を裏付ける構造変化情報を取得することに成功しました。

本研究成果は、2023年5月24日に米国科学誌「The Journal of Biological Chemistry」誌に掲載されました。

用語解説

（注1）クラゲロドプシン：ハコクラゲ (box jellyfish) の目の中で光受容機能を担うタンパク質 (ロドプシン) のことです。ハコクラゲは刺胞動物門箱虫綱に属する原始的な無脊椎動物ですが、我々ヒトを含む脊椎動物と似た、非常に発達したレンズ眼をもっています。

（注2）光遺伝学：光受容タンパク質を、遺伝学的手法を用いて特定の細胞や生体組織に導入し、外部から光刺激を加えることにより生命活動を操作する技術です。イオンチャネル機能をもつ微生物ロドプシンが光で神経活動を制御する光遺伝学ツールとして幅広く利用されている一方で、動物ロドプシンは、多くの生物で細胞内情報伝達に利用されているセカンドメッセンジャー（環状ヌクレオチド分子：cAMP、cGMP）の合成や、生理機能を発揮するカルシウムイオンの放出を光で制御するツールとして利用が期待されています。

（注3）カウンターイオン：レチナールとタンパク質との結合部位（シッフ塩基結合）の正電荷を安定化させるために、レチナール近傍に存在している負電荷アミノ酸（グルタミン酸もしくはアスパラギン酸）のことを指します。脊椎動物ロドプシンは第2ヘリックスにカウンターイオンを獲得したことにより、ロドプシンがGタンパク質の活性化させる効率を、無脊椎動物ロドプシンの50倍ほど増大させたことが分かっています。

掲載誌情報

論文名：Investigating the Mechanism of Photoisomerization in Jellyfish Rhodopsin with the Counterion at an Atypical Position
著者名：Shino Inukai, Kota Katayama*, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita, Hideki Kandori*
*責任著者
掲載雑誌名：The Journal of Biological Chemistry
公表日：2023年5月24日
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jbc.2023.104726
URL: https://www.jbc.org/article/S0021-9258(23)01754-4/fulltext

プレスリリース全文（1.3MB）

本件への問い合わせ先

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名古屋工業大学大学院工学研究科 工学専攻（生命・応用化学領域）
准教授　片山 耕大
E-mail: katayama.kota[at]nitech.ac.jp

名古屋工業大学大学院工学研究科 工学専攻（生命・応用化学領域）
特別教授　神取 秀樹
E-mail: kandori[at]nitech.ac.jp

大阪公立大学大学院理学研究科
教授　寺北明久
E-mail: terakita[at]omu.ac.jp

大阪公立大学大学院理学研究科
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