京大,眼の光センサータンパク質の流用ツール開発

京都大学の研究グループは,眼の光センサータンパク質を改変して,多くの細胞で重要な働きをするcAMP(環状アデノシン一リン酸)の濃度を光で一過的に変化させられる分子ツールを開発した(ニュースリリース)。

眼の中の視細胞で視覚に関わる視覚ロドプシンは,視細胞ではcGMP(環状グアノシン一リン酸)の濃度を変化させることで細胞の電気的応答を引き起こし,それが脳に伝達される。

他の細胞に視覚ロドプシンを発現すると,cAMPの濃度を光刺激で減少させられる。cAMPは多くの細胞において様々な重要な機能を果たすため,視覚ロドプシンはcAMP濃度を光で操作する分子ツールとして利用できると考えられる。

しかし,視覚ロドプシンは光を受けて活性化 (スイッチオン)した後,その状態がしばらく続いた後自発的には元の状態に戻らず,光を受容するための補因子であるレチナールを離してスイッチオフの状態になる。そのため,視覚ロドプシンを用いた場合には,短時間で繰り返し応答を誘導することが難しいという課題があった。

チャネルロドプシンは,光刺激で活性化 (スイッチオン)した後,レチナールを離すことなく自発的に元に戻る (スイッチオフする)ことができる。そこで研究グループは,視覚ロドプシンにアミノ酸変異を加えることでチャネルロドプシンと同様に光でスイッチオンした後に自発的に元に戻ってスイッチオフするものを作製しようと試みた。

その過程で,視覚ロドプシンとは別のオプシンを参考にした。このオプシン(Opn5L1)は,動物が持つオプシンの中で唯一光サイクル特性を有し,光サイクル特性をもたらすアミノ酸残基も既に見出していた。そこで,視覚ロドプシンに対してこのアミノ酸残基を導入したところ,光でスイッチオンした後に自発的に元に戻りスイッチオフする光サイクル特性を持たせることができた。

さらに別の変異を導入すると,自発的にスイッチオフする時間を変えられることも分かった。そして,実際にヒト由来の細胞を用いて実験を行なったところ,この改変型視覚ロドプシンは,細胞内のcAMP濃度を光で一過的に減少させた後,短時間で元の濃度レベルに戻すことを確認した。

一過的な濃度減少のおかげで,短時間のうちに繰り返しの光刺激で濃度変化を導くことができる。つまり,作製した光センサータンパク質は,cAMP濃度変化を短時間で一過的に起こさせる新たな分子ツールとして利用できる。

自然界には様々な性質をもつオプシンが見つかっており,研究グループはそれらの仕組みを知ることにより,さらに役立つ分子ツールの作製につなげられるとしている。

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