七田芳則 名誉教授（理学研究科）・立命館大学客員教授、佐藤恵太 理学研究科研究員（現・岡山大学助教）、山下高廣 同助教、大内淑代 岡山大学教授らの研究グループは、神戸薬科大学、京都府立医科大学、大阪大学と共同で、光を受けてスイッチオンするのではなくスイッチオフする、興味深い動物の光センサータンパク質「Opn5L1」を発見し、そのきわめてユニークな性質を解明しました。
ヒトを含むほ乳類以外の脊椎動物は、この「Opn5L1」を脳内に持つことで、光センサーのオンとオフを環境に応じて巧みに使い分け、ヒトよりも多様な方法で光環境に対応していることが分かりました。恐竜時代に夜行性だったほ乳類が、なぜこの「Opn5L1」を失ったのかという謎の解明にもつながる成果です。
本研究結果は、2018 年3月28日に英国の学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
研究者からのコメント
左から七田名誉教授、佐藤岡山大学助教、山下助教、大内岡山大学教授
動物は周りのものの形や色を認識する視覚から多くの情報を得ています。それ以外にも、光環境の変化から時刻や季節の認識などを行っていることが知られています。このような様々な光受容のために、動物は眼や脳などに光センサータンパク質（オプシン）を持っています。このようなオプシンは通常、視覚のロドプシンに代表されるように、光を受けてスイッチオンし生理機能を果たします。今回私たちは、光を受けてスイッチオフする興味深い光センサーが脳内で機能することを発見しました。本研究から、動物が光を利用する多様な仕組みの理解が深まると期待されます。
概要
多くの動物は、上記の通り外界からの光を最初に受けて生体反応のスイッチを入れるオプシンと呼ばれる光センサータンパク質を持っています。オプシンは光を受けるためにタンパク質内部にレチナール（ビタミンAの誘導体）を持ち、光を受けるとレチナールの形を変化させてスイッチオンし、生理機能（例えば視覚）を発現します。そして、眼で働く視覚オプシンなどでは、光を受けて変化したレチナールは一旦捨ててスイッチオフの状態になり、新たなレチナールを取り込むことで次の光に対応します。
しかし本研究グループは、オプシンのうちニワトリの脳内で機能する「Opn5L1」が光を受けると逆にスイッチオフする興味深い機能を持つことを確認しました。さらに、Opn5L1はスイッチオフしたあともレチナールを離すことなく保持し、また元の状態に戻ることがわかりました。このようなユニークな性質を持つオプシンの発見は本研究が初めてです。
Opn5L1はヒトを含むほ乳類は持たないものの魚類から鳥類までの幅広い脊椎動物が持っていることから、これらの動物では光を受けてスイッチオンするオプシンと、スイッチオフするOpn5L1の両方を持つことで、ヒトよりも多様な方法で光環境に適応していることが解明されました。
図：眼で働く視覚のオプシンと脳で働くOpn5L1の性質の違い
眼で働く視覚のオプシンは、光を受けてスイッチオンする。
一方、脳で働くOpn5L1は、光を受けてスイッチオフする。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41467-018-03603-3
【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/230387
Keita Sato, Takahiro Yamashita, Hideyo Ohuchi, Atsuko Takeuchi, Hitoshi Gotoh, Katsuhiko Ono, Misao Mizuno, Yasuhisa Mizutani, Sayuri Tomonari, Kazumi Sakai, Yasushi Imamoto, Akimori Wada & Yoshinori Shichida (2018). Opn5L1 is a retinal receptor that behaves as a reverse and self-regenerating photoreceptor. Nature Communications, 9, 1255.
