東大，世界初の紫外光応答イオンチャネルを発見

東京大学の研究グループは，原生生物の一種であり，動物や菌類に近縁で，真核生物の進化の理解に重要とされるアプソモナド類から，紫外光に応答する新しいタイプのイオンチャネルタンパク質である「アプソモナドロドプシン」を発見した（ニュースリリース）。

微生物ロドプシンは，レチナール色素を使って光エネルギーを変換する膜タンパク質で，水素イオンを輸送するH^＋ポンプ型やイオンチャネル型などが知られている。近年は，これらを神経細胞に発現させて光で神経活動を制御する，光遺伝学（オプトジェネティクス）の発展にも寄与している。

しかし，既存のロドプシンは幅広い波長の光に応答するため，異なる波長で複数を制御するのが困難だった。この課題を解決するため，研究グループは原生動物アプソモナド類に着目し，10種類以上の新しいロドプシンを発見した。これらアプソモナドロドプシンは既知のものと異なる構造を持ち，新たな機能を示す可能性が期待されている。

そこで研究グループは，これらアプソモナドロドプシンの情報をコードしたDNAを新たに合成し，それを用いてアプソモナドロドプシンのタンパク質を実験室内において，培養された哺乳類の細胞内に発現させた。

その結果，半分以上のアプソモナドロドプシンにおいて，タンパク質に結合したレチナール色素の吸収波長が可視光領域ではなく，より短波長の紫外光領域にあることが明らかとなった。さらに，電気生理学的計測から，細胞膜上にあるアプソモナドロドプシンに紫外光が照射されると，分子の中を陰イオンが流れることを示す光電流信号が観測された。

この結果から，アプソモナドロドプシンは紫外光に応答して陰イオンを輸送する初めてのタイプのイオンチャネルであることが明らかとなった。

加えて，研究グループはアプソモナドロドプシンだけが，紫外光に応答できる謎を解明するため，分子の構造を生化学的に調べた。その結果，可視光を吸収するアプソモナドロドプシンでは，通常の微生物ロドプシンと同様にレチナール色素の根元にH^＋が結合しているのに対し，紫外吸収型のアプソモナドロドプシンではそのH^＋が解離することでレチナール色素の吸収波長が紫外光の領域まで短波長シフトしていることが明らかとなった。

またアミノ酸改変タンパク質を用いた実験により，このレチナール色素へのH^＋の結合とそれに伴う応答波長の変化が，色素周辺のわずかなアミノ酸残基によって制御されていることも示された。

研究グループは，今後は，神経ネットワーク研究において有用な光遺伝学などで，紫外光に応答する特性を活かした分子ツールとしての応用が期待されるとしている。