名工大ら,霊長類の青センサータンパク質を構造解析

著者: sugi

名古屋工業大学と京都大学は共同研究により,霊長類が青色を認識するタンパク質の構造情報を世界で初めて捉えることに成功した(ニュースリリース)。

私たちが普段見ているすべての色は,眼の中に存在する色(青・緑・赤)を感じる3種類の光センサータンパク質 (色覚タンパク質)によって達成されている。光センサータンパク質は11シス型レチナール(ビタミンA誘導体)という全く同一の分子を使って異なる色の光を吸収するが,1)試料調製が困難,2)限られた試料に対する構造解析手法が存在しない,3)実験操作のすべてを暗室で行なわないといけない,ことから構造研究は皆無だった。

研究グループは10年前に赤外分光法を用いたサル色覚視物質の構造研究を開始。哺乳類ガン細胞を用いたタンパク質の大量発現と高精度低温赤外分光法を組み合わせることで,2010年に世界で初めて霊長類赤・緑センサータンパク質の構造解析に成功し,2012年,2015年の論文により我々が赤と緑を見分ける分子機構の解明に成功した。

一方,青センサータンパク質は,過去の文献によれば,赤・緑センサータンパク質よりも一桁近く発現量が少ないことが知られており,研究グループの手法を持ってしても構造解析は不可能であると考えられていた。

今回,研究グループは,青センサータンパク質の構造解析に向けて,霊長類間での種の選択やタンパク質の可溶化・精製条件の再検討を行ない,赤外スペクトルを測定するのに十分量の精製試料を得ることに成功した。その結果,青センサータンパク質の構造解析が実現した。

得られた青センサータンパク質の赤外スペクトルは,レチナールの分子構造,タンパク質の骨格構造,そして内部結合水の振動モードが赤・緑センサータンパク質とは大きく異なっていた。特に疎水的な化学構造を有するレチナール分子の近傍(=水分子が存在しにくい)に複数の水分子が集合体(クラスター)を形成していることを示唆する特徴的な信号を得ることができた。

これらの結果から,水分子が有する極性がレチナールのポリエン鎖上のπ電子の局在化を引き起こすことで,青色の光を吸収するモデルを提唱することができた。

青センサータンパク質の構造解析を実現したことで,3種類(青・緑・赤)すべての構造情報が出揃ったわけであり,これらのデータを統一的に解析することで,色覚センサータンパク質のタンパク質環境が11シスレチナールという同一の分子を使ってどのように色識別を実現しているか,詳細なメカニズムを明らかにできると期待される。

また,光反応中間体の構造解析を進めることで,色を識別するセンサータンパク質の光活性化メカニズムに迫ることが期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 国立遺伝学研究所ら,網膜内アミノ酪酸の機能を解明

    国立遺伝学研究所,米カリフォルニア大学サンディエゴ校は,網膜でのGABA(ɣ-アミノ酪酸)信号の機能的作用を明らかにした(ニュースリリース)。 ニューロン間での情報のやり取りは,多種多様な神経伝達物質が担う。とりわけGA…

    2025.04.21
  • OIST,錐体細胞が規則的なパターンを作る機序を解明

    沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究グループは,ゼブラフィッシュの網膜内の色を感知する細胞において,Dscambと呼ばれるタンパク質が “自分の仲間を避ける自己回避” をすることで,細胞同士が最適な間隔を保ち,最適な…

    2025.03.27
  • 豊技大ら,肌の乾燥に寄与する視覚的手がかりを解明

    豊技大ら,肌の乾燥に寄与する視覚的手がかりを解明

    豊橋技術科学大学,九州大学,化粧品・医薬品を扱うピアスは,肌の潤い・乾燥に寄与する視覚的手がかりを明らかにするため,どのような画像操作をすると肌の視覚的潤い感が変化するかを心理物理実験によって検証し,肌の明るさの高空間周…

    2024.12.27
  • 豊技大,視覚的な光沢感と瞳孔反応の関係を解明

    豊橋技術科学大学の研究グループは,視覚的な光沢感と瞳孔反応の関係を明らかにした(ニュースリリース)。 人間の目に入ってくる光量を調節する器官である“瞳孔”は,物理的に明るいものを見ているときに小さくなり(縮瞳),暗いもの…

    2024.04.18
  • 北大ら,カモノハシとハリモグラの色覚の種差を解明

    北海道大学,東京大学,明治大学,名古屋市東山動物園,豪アデレード大学,中国浙江大学,中国BGI研究所は,卵を産む哺乳類であるカモノハシとハリモグラの色覚に種差があることを解明した(ニュースリリース)。 色覚は脊椎動物と節…

    2024.01.29
  • 京大ら,霊長類の意思決定機構を光遺伝学で解明

    京都大学,奈良先端科学技術大学院大学,生理学研究所は,報酬とリスクを獲得するバランスの制御に関わる霊長類の戦略的意思決定の脳神経回路機構を解明した(ニュースリリース)。 ヒトを含めた動物は,生得的にリスク回避的に行動する…

    2024.01.05
  • 電通大,タンパク質視覚ニューロンで明暗錯視を検出

    電気通信大学の研究グループは,ヒトの目のように錯視する機能をもつ視覚ニューロン素子を開発し,画像の輪郭検出と明暗錯視検出を実現した(ニュースリリース)。 視細胞は,光刺激によって興奮すると同時に隣接した細胞を抑制する「側…

    2023.12.27
  • 慶大,光遺伝学に視覚再生と網膜変性の保護効果確認

    慶應義塾大学の研究グループは,名古屋工業大学創出した「キメラロドプシン」という独自の光センサータンパク質を用い,光遺伝学(オプトジェネティクス)を利用した高感度な視覚再生効果及び網膜変性の保護効果を世界で初めて,マウスで…

    2023.10.17

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア