東大,青色センサー遺伝子の制御遺伝子を発見

東京大学の研究グループは,脊椎動物の原型とされる4色型色覚をもつゼブラフィッシュを用いて,青色を感じる色受容センサーの制御に必須の鍵分子Foxq2を発見した(ニュースリリース)。

動物の網膜には複数種の色センサー(色覚に関わる光受容タンパク質)が備わり,これらの組み合わせにより「色」を知覚することができる。

脊椎動物の祖先種は紫・青・緑・赤という4種類の色センサー遺伝子を持つ4色型の色覚が原型だと考えられている。一方,哺乳類は進化の過程で2種類の色センサー(青と緑)遺伝子を失ったが,ヒトの祖先は赤色センサー遺伝子を重複させ,新たな色センサー遺伝子を生み出すことで変型3色型の色覚を獲得したと考えられている。

これらの色センサー遺伝子は1つの視細胞において1種類のみの転写スイッチがONになり,網膜全体で複数種類の色受容細胞を備えることができる。近年の研究から,紫や赤の色センサー遺伝子の発現に必須の分子がそれぞれ同定され,制御メカニズムが解明されつつある。

一方,哺乳類において失われた中波長領域の色センサー,とくに青色センサー遺伝子のスイッチ制御の仕組みは謎のままだった。

研究グループは,4色型の色覚をもつ小型魚類ゼブラフィッシュを用いて色センサー遺伝子の転写制御に必須の遺伝子を探索した。網膜における詳細な遺伝子発現パターンの解析を行ない,青色錐体サブタイプに特異的に発現する遺伝子として転写制御因子Foxq2を特定した。

Foxq2を機能欠損した変異個体をゲノム編集技術を用いて作製したところ,青色センサー遺伝子の転写が消失し,青色錐体サブタイプも消失することがわかり,その機能が初めて解明された。

foxq2遺伝子と青センサー遺伝子について比較ゲノム解析を行なった結果,foxq2遺伝子を欠失した哺乳類(ヒトやマウス)は青色センサー遺伝子も失っていたが,哺乳類の進化初期に分岐したカモノハシなどの動物種はどちらの遺伝子も保持していた。

foxq2遺伝子は,無脊椎動物のゲノム中にもコードされており,脊椎動物タイプの光受容細胞が存在する脳領域にも発現することが知られている。つまり,脊椎動物が起源する以前の動物進化初期から,Foxq2は光受容センサー細胞のアイデンティティを規定し,さらには脊椎動物の進化初期において色センサーの多様化を生み出した可能性がある。

研究グループは,foxq2遺伝子を切り口に,2色型から4色型まで多様化した脊椎動物の色センサー遺伝子を支える転写制御メカニズムの解明や,光受容細胞の進化的な起源に迫る研究への発展が期待されるとしている。

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