東大ら,3色の可視光が使えるロドプシンを開発

東京大学と京都大学は,チャネルロドプシンであるChRmineの立体構造を決定し,ChRmineがイオンチャネルとして機能する仕組みを明らかにし,改変型ChRmineを作製し分子ツールとして用いることで,より発展的な光遺伝学実験を可能にした(ニュースリリース)。

ヒトから微生物まで多くの生き物は光受容タンパク質を介して光を受け取り,そこから情報やエネルギーを受け取っている。

光受容タンパク質の中でも微生物が有するイオンポンプやイオンチャネルとして働く「イオン輸送型ロドプシン」は,光エネルギーをイオン輸送という仕事に変換する精巧な分子装置。この性質が着目され,イオン輸送型ロドプシンは特定の神経細胞の活動を光により制御可能な実験ツールとして利用されるようになり,神経科学において必須の光遺伝学となった。

しかし,これまで光遺伝学ツールとして用いられてきたチャネルロドプシンは光電流が弱い,光感受性が低い,短波長光(青色)での光でしか活性化できないといった問題があった。

近年発見されたチャネルロドプシンであるChRmineは,高いイオン電流,高い光感受性,長波長光(赤色光)によって活性化されるという,光遺伝学ツールとして非常に強力な性能を有している。さらにアミノ酸配列に基づく系統解析から,機能はチャネルロドプシンであるにも関わらず,アミノ酸配列はポンプ型ロドプシンと近いことがわかっていた。

しかし「ChRmineとポンプ型ロドプシンはどの程度似ているのか」,「似ているとしたらなぜChRmineはイオンチャネルとして働くことができるのか」,また「ChRmineの性質をさらに向上させた光遺伝学ツールを作ることができるのか」といった疑問が残されていた。

今回,研究グループは,クライオ電子顕微鏡を用いてChRmineの立体構造を決定することに成功した。その結果,ChRmineは大域的にはポンプ型と良く似ている一方,局所的には従来のポンプ型,チャネル型には見られない構造的特徴を複数有しており,このことがChRmineのユニークな分子機能の決定に寄与しているということがわかった。

さらに得られた立体構造の知見から,長波長光によって活性化されるというChRmineの性質をさらに向上させた改変型ChRmineを開発し,3色の可視光を利用して複数の神経細胞集団を同時に光操作・計測するという,より発展的な光遺伝学実験を可能にした。

研究グループは,今回の成果は神経科学の研究を推進するだけではなく,眼精疾患に対する遺伝子治療応用などにも利用されることが期待されるものだとしている。

キーワード:

関連記事

  • 東大、名工大、名大が光で細胞を自在に操る新技術をゼロから創出

    名古屋工業大学、名古屋大学、東京大学の研究グループは、光によって結合と解離を自在に切り替えられる小分子と人工タンパク質のペアを、ゼロから設計・創出する画期的な手法を開発した(ニュースリリース)。従来の光操作技術である光遺…

    2026.05.01
  • 慶応大、光の刺激でホヤの変態を人工的に誘導

    慶應義塾大学の研究グループは、光遺伝学(オプトジェネティクス)の手法を用いて、ホヤの感覚神経細胞に約6分間の光刺激を与えることで変態を人工的に誘導できることを実証した(ニュースリリース)。 脊索動物門に属するホヤの幼生は…

    2025.12.04
  • 理研,3次元細胞骨格の形成を光で自在に操作

    理化学研究所は,細胞骨格を構成するアクチン分子を素材とした3次元構造を自在につくることができる3Dプリンターともいえる新技術を開発した(ニュースリリース)。 動物細胞の形態は,アクチン分子が繊維化してできた網目状のネット…

    2025.09.03
  • 東大,独特な光反応特性を生み出すアミノ酸を特定

    東京大学の研究グループは,光に応答するタンパク質・ロドプシンの構造を改変することで,ユニークな光反応特性を生み出すアミノ酸の組み合わせを特定することに成功した(ニュースリリース)。 ロドプシンは動物の視覚を担うタンパク質…

    2025.06.25
  • 東大ら,藍色光を吸収するチャネルロドプシンを解析

    東京大学と名古屋工業大学は,2量体チャネルロドプシン(ChR)KnChRの立体構造を,クライオ電子顕微鏡(cryo-EM)を用いた単粒子解析で決定した(ニュースリリース)。 KnChRは2021年に研究グループにより初め…

    2025.06.24

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア