光刺激を用いたシグナル伝達の時空間的に精密な制御

研究代表者
小柳光正
大阪市立大学大学院理学研究科
http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/biol/mphys/

研究概要

多様な生命機能を支えるシグナル伝達は、複数の分子間の相互作用によって成り立つ。したがって、シグナル伝達をシステムとして理解するためには、まず、それぞれのシグナル伝達系において「シグナル伝達分子の同定」と「それらの間の相互作用の解明」が必要であり、それらが達成されれば、シグナル伝達のカスケード・ネットワークを描くことが出来る。次に求められるのは、各反応の速度や持続性といった動的な情報であり、その情報を得るためにはシグナル伝達の時空間的に精密な制御が必要である。本研究では光を刺激として用いることで、この「シグナル伝達の時空間的に精密な制御」に取り組む。

私たちはこれまで、動物の視覚を支える光作動性のGタンパク質共役型受容体（GPCR）・ロドプシンおよびその類似光受容タンパク質（ロドプシン類）の生化学的・分光学的解析を行ってきた。ヒトの視物質に代表される従来のGPCR型ロドプシン類は、光制御ツールとして用いるには不向きであったために、GPCR型ロドプシン類の光制御ツールへの応用は困難とされてきた。しかしながら、私たちは多様な動物のロドプシン類の新規同定および機能解析により、近年、ロドプシン類をツールとして用いたGPCRシグナル伝達の光制御に成功した。さらに、パラピノプシンという、紫外光照射によって活性化し、緑色光照射によって不活性状態に戻る、“光再生型”ロドプシン類を用いることで、細胞内二次メッセンジャーレベルの増減を色依存的に制御することにも成功した。

そこで本研究では、シグナル伝達の高時間分解能制御のモデルとして、私たちが開発した光制御ツールを用いたGPCRシグナル伝達の光制御を試みる。具体的には、①分子間相互作用の動的な情報を得るために、培養細胞において、ロドプシン類と、ロドプシン類を含むGPCRが相互作用するシグナル伝達分子（Gタンパク質およびアレスチン）との結合と解離の光制御系の確立をめざす。また、本研究では②個体レベルでのシグナル伝達の光制御にも挑戦する。すなわち、GPCRシグナル伝達が関与する生理応答に着目し、体外からの光刺激による“シグナル伝達のin vivo制御”を試みる。これらの光制御の系を用いてシグナル伝達に関する動的な情報を高精度で得られれば、数理解析の精度向上への貢献が期待できる。さらに、③ロドプシン類とGPCRシグナル伝達分子との結合・解離の光制御の系を応用し、GPCRシグナル伝達以外のシグナル伝達の精密な制御にも挑戦したい。

参考文献

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