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【研究成果】脊椎動物の光を感じる超分子の形成機序を解明 ~生体膜研究の未知の領域への手がかり~

本研究成果のポイント

  • 動物の目で光を実際に感知するロドプシンは、網膜内の円板膜で列状超分子を形成しています。その機序を実験系研究者と数理科学系研究者が共同で解明しました。
  • 円板膜のコレステロールと飽和脂質に富むラフト領域がロドプシンを繋ぐ「糊」の役を担い、ロドプシン列状超分子を形成・維持していることを見出しました。

概要

広島大学大学院統合生命科学研究科の粟津暁紀准教授、藤井雅史助教、同大学大学院博士前期学生の金重先人、および神戸大学バイオシグナル総合研究センターの森垣憲一准教授、同大学大学院理学研究科の林文夫名誉教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の山下隼人助教のグループは、動物の網膜桿体細胞内の円板膜において、外界から目に入った光を実際に感知するロドプシンタンパク質(注1)が形成する、列状の超分子構造(注2)の形成メカニズムを明らかにしました。

本研究ではまず、神戸大学・大阪大学のグループが持つ実験・生化学的知見と広島大のグループが持つ数理的知見の融合により、円板膜を構成する脂質とロドプシンの動態の定量的な数理モデルが提案されました。そしてこのシミュレーションにより、まずロドプシンの列状超分子の単位構造となるロドプシン2量体の形状が明らかになり、更に、円板膜上に少量含まれるコレステロールの結合した飽和脂質が形成する「脂質ラフト(注3)」ドメインが、2量体同士間を繋げる「糊」の役割を担うことで、超分子構造が形成・維持されることを見出されました。

本研究の成果は「PLOS ONE」オンライン版に掲載されました。

用語解説

(注1) ロドプシン
光が当たることによって部分的に形状を変化させるタンパク質。網膜細胞にある脂質円板膜に貫通して存在し、光の認識の初期段階を担う。

(注2) 超分子構造
複数の分子が共有結合以外の結合によって集合し形成された秩序的な構造。

(注3) 脂質ラフト
細胞膜や細胞内の様々な脂質膜に存在する飽和脂質とコレステロールに富むミクロなドメイン。

脊椎動物の目の構造、及び網膜桿体細胞内の円板膜における、ロドプシンの超分子構造の概略図

図:脊椎動物の目の構造、及び網膜桿体細胞内の円板膜における、ロドプシンの超分子構造の概略図。

論文情報

  • 掲載誌: PLOS ONE
  • 論文タイトル: Affinity of rhodopsin to raft enables the aligned oligomer formation from dimers: Coarse-grained molecular dynamics simulation of disk membranes.
  • 著者名: Yukito Kaneshige1*, Fumio Hayashi2, Kenichi Morigaki3, Yasushi Tanimoto2, Hayato Yamashita4, Masashi Fujii1,5, Akinori Awazu1,5# (*筆頭著者、#責任著者)
    所属:
    1. 広島大学大学院理学研究科,2. 神戸大学大学院理学研究科,3. 神戸大学バイオシグナル総合研究センター,4. 大阪大学大学院基礎工学研究科,5. 広島大学大学院統合生命科学研究科。
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0226123
【お問い合わせ先】
広島大学大学院統合生命科学研究科 数理生命科学プログラム
准教授 粟津暁紀

TEL: 082-424-7395
E-mail: awa*hiroshima-u.ac.jp (注:*は半角@に置き換えてください)


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