造礁サンゴの幼生におけるオプシンを介した光受容と光応答的な遊泳のメカニズムの解明

阐明造礁珊瑚幼虫视蛋白介导的光感受和光响应游泳的机制

基本信息

批准号：
20J01841
负责人：
酒井祐輔
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01841/
关键词：
オプシンサンゴ光受容刺胞動物行動造礁サンゴ感覚生態

项目摘要

本研究は、ウスエダミドリイシ（Acropora tenuis）がもつオプシン類について、その光受容タンパク質としての分子特性を明らかにし、幼生の光応答行動や光に応じた産卵といった様々な生理機能への関与を明らかにすることを目的としている。当該年度は、前年度までに同定・クローニングをした複数のオプシンについて、詳細な分子特性の解析を進めた。まずは、昨年度に引き続き花虫綱特異的な”ASO_II”とよばれるグループに属するオプシンについて、可視光受容に必要な対イオンに着目した実験を進めた。このグループは、他の動物オプシンに保存的な対イオンとして機能するグルタミン酸残基（Glu94, Glu113, Glu292のいずれか）をもっておらず、その可視光受容メカニズムは不明であった。対象オプシンの野生型と部位特異的変異体を培養細胞で発現させ、抽出・精製したタンパク質の分光学的解析を行なった。一連の実験により、可視光受容に寄与するアミノ酸残基の同定など、ASO_IIにおける可視光受容メカニズムの一端を明らかにした。その他にも、既知の動物オプシンで見られないサンゴオプシンに特徴的な分子特性（分光学的特性および光依存的な細胞内二次メッセンジャー応答）を複数発見した。これらの結果は、光によるサンゴの生理機能制御を解明する足がかりとなるだけでなく、細胞機能を光で操作する光遺伝学ツール開発の萌芽にもなりうる。一方、昨年度までは新型コロナウイルス感染症の拡大の影響でサンゴ産卵期の採集調査を中止せざるを得ず、サンゴ幼生を用いた行動実験については実施できていなかった。今年度は採用期間中ではじめて幼生を用いた行動実験を実施し、採集したプラヌラ幼生個体が刺激光の波長依存的に行動を変えることを発見するなど一定の結果を得ることに成功した。

这项研究阐明了细角鹿所拥有的视蛋白作为光感受器蛋白的分子特征，并阐明了它们参与幼虫的光响应行为和响应光的产卵等各种生理功能。在本财年，我们对前一年已鉴定和克隆的多种视蛋白进行了详细的分子特征分析。首先，继去年之后，我们针对视蛋白接收可见光所需的反离子进行了实验，视蛋白属于 Anthozoa 特定组，称为“ASO_II”。该组不具有在其他动物视蛋白中充当保守抗衡离子的谷氨酸残基（Glu94、Glu113或Glu292），其可见光接收机制尚不清楚。目标视蛋白的野生型和位点特异性突变体在培养细胞中表达，并对提取和纯化的蛋白质进行光谱分析。通过一系列实验，我们阐明了ASO_II中部分可见光接收机制，包括鉴定了有助于可见光接收的氨基酸残基。此外，他们还发现了珊瑚视蛋白独有的几种分子特性（光谱特性和光依赖性细胞内第二信使反应），这些特性在已知的动物视蛋白中没有发现。这些结果不仅为阐明光如何控制珊瑚生理功能提供了立足点，而且还可以作为开发利用光操纵细胞功能的光遗传学工具的起点。另一方面，直到去年，由于新型冠状病毒感染的蔓延，珊瑚产卵季节的采集调查不得不取消，无法进行利用珊瑚幼虫的行为实验。今年，在招募期间，我们首次利用幼虫进行了行为实验，并成功获得了一定的结果，包括发现收集到的浮浪幼虫会根据刺激光的波长改变其行为。