研究活動情報

• A repertoire of visible light-sensitive opsins in the deep-sea hydrothermal vent shrimp Rimicaris hybisae

  Yuya Nagata, Norio Miyamoto, Keita Sato, Yosuke Nishimura, Yuki Tanioka, Yuji Yamanaka, Susumu Yoshizawa, Kuto Takahashi, Kohei Obayashi, Hisao Tsukamoto, Ken Takai, Hideyo Ohuchi, Takahiro Yamashita, Yuki Sudo, Keiichi Kojima

  Elsevier BV, 2025年05月, Journal of Biological Chemistry, 110291 - 110291, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Molecular basis underlying the specificity of an antagonist AA92593 for mammalian melanopsins

  Kohei Obayashi, Ruisi Zou, Tomoki Kawaguchi, Toshifumi Mori, Hisao Tsukamoto

  Elsevier BV, 2025年05月, Journal of Biological Chemistry, 301(5) (5), 108461 - 108461, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

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• Characterization and Engineering of a Blue-Sensitive, Gi/o-Biased, and Bistable Ciliary Opsin from a Fan Worm

  Sachiko Fukuzawa, Tomoki Kawaguchi, Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo, Hisao Tsukamoto

  American Chemical Society (ACS), 2025年02月, Biochemistry, 64(5) (5), 1020 - 1031, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Genome assembly of Genji firefly (Nipponoluciola cruciata) reveals novel luciferase-like luminescent proteins without peroxisome targeting signal.

  Kentaro Fukuta, Dai-Ichiro Kato, Juri Maeda, Atsuhiro Tsuruta, Hirobumi Suzuki, Yukio Nagano, Hisao Tsukamoto, Kazuki Niwa, Makoto Terauchi, Atsushi Toyoda, Asao Fujiyama, Hideki Noguchi

  The Genji firefly, Nipponoluciola cruciata, is an aquatic firefly endemic to Japan, inhabiting a wide area of the Japanese archipelago. The luminescence of fireflies is a scientifically interesting phenomenon, and many studies have evaluated this species in Japan. In this study, we sequenced the whole genome of male N. cruciata and constructed a high-quality genome assembly of 662 Mb with a BUSCO completeness of 99.1% in the genome mode. Using the detected set of 15,169 protein-coding genes, the genomic structures and genetic background of luminescence-related genes were also investigated. We found four new firefly luciferase-like genes in the genome. The highest bioluminescent activity was observed for LLa2, which originated from ancestral PDGY, a mitochondrial acyl-CoA synthetase. A thioesterase candidate, NcruACOT1, which is involved in d-luciferin biosynthesis, was expressed in the lantern. Two opsins were also detected and the absorption wavelength of the UV-type opsin candidate shifted from UV to blue. These findings provide an important resource for unravelling the adaptive evolution of fireflies in terms of luminescence and vision.

  2024年04月, DNA research : an international journal for rapid publication of reports on genes and genomes, 31(2) (2), 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A self-inactivating invertebrate opsin optically drives biased signaling toward Gβγ-dependent ion channel modulation.

  Hisao Tsukamoto, Yoshihiro Kubo

  Animal opsins, light-sensitive G protein-coupled receptors, have been used for optogenetic tools to control G protein-dependent signaling pathways. Upon G protein activation, the Gα and Gβγ subunits drive different intracellular signaling pathways, leading to complex cellular responses. For some purposes, Gα- and Gβγ-dependent signaling needs to be separately modulated, but these responses are simultaneously evoked due to the 1:1 stoichiometry of Gα and Gβγ Nevertheless, we show temporal activation of G protein using a self-inactivating invertebrate opsin, Platynereis c-opsin1, drives biased signaling for Gβγ-dependent GIRK channel activation in a light-dependent manner by utilizing the kinetic difference between Gβγ-dependent and Gα-dependent responses. The opsin-induced transient Gi/o activation preferentially causes activation of the kinetically fast Gβγ-dependent GIRK channels rather than slower Gi/oα-dependent adenylyl cyclase inhibition. Although similar Gβγ-biased signaling properties were observed in a self-inactivating vertebrate visual pigment, Platynereis c-opsin1 requires fewer retinal molecules to evoke cellular responses. Furthermore, the Gβγ-biased signaling properties of Platynereis c-opsin1 are enhanced by genetically fusing with RGS8 protein, which accelerates G protein inactivation. The self-inactivating invertebrate opsin and its RGS8-fusion protein can function as optical control tools biased for Gβγ-dependent ion channel modulation.

  2023年05月, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 120(21) (21), e2301269120, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

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• Optogenetic Modulation of Ion Channels by Photoreceptive Proteins.

  Hisao Tsukamoto, Yuji Furutani

  In these 15 years, researches to control cellular responses by light have flourished dramatically to establish "optogenetics" as a research field. In particular, light-dependent excitation/inhibition of neural cells using channelrhodopsins or other microbial rhodopsins is the most powerful and the most widely used optogenetic technique. New channelrhodopsin-based optogenetic tools having favorable characteristics have been identified from a wide variety of organisms or created through mutagenesis. Despite the great efforts, some neuronal activities are still hard to be manipulated by the channelrhodopsin-based tools, indicating that complementary approaches are needed to make optogenetics more comprehensive. One of the feasible and complementary approaches is optical control of ion channels using photoreceptive proteins other than channelrhodopsins. In particular, animal opsins can modulate various ion channels via light-dependent G protein activation. In this chapter, we summarize how such alternative optogenetic tools work and they will be improved.

  2021年, Advances in experimental medicine and biology, 1293, 73 - 88, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）

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• Session 2SFA-the symposium "Elucidation of biological functions by optical control" on BSJ2019 at Miyazaki, Japan.

  Hisao Tsukamoto, Yoshinori Shichida

  The symposium "Elucidation of biological functions by optical control" was held during the 57th annual meeting of the Biophysical Society of Japan (BSJ2019) at Miyazaki, Japan. In this commentary, we introduce invited speakers of this symposium and summarized their research topics.

  2020年02月, Biophysical reviews, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（研究会，シンポジウム資料等）


• The counterion-retinylidene Schiff base interaction of an invertebrate rhodopsin rearranges upon light activation.

  Nagata T, Koyanagi M, Tsukamoto H, Mutt E, Schertler GFX, Deupi X, Terakita A

  Animals sense light using photosensitive proteins-rhodopsins-containing a chromophore-retinal-that intrinsically absorbs in the ultraviolet. Visible light-sensitivity depends primarily on protonation of the retinylidene Schiff base (SB), which requires a negatively-charged amino acid residue-counterion-for stabilization. Little is known about how the most common counterion among varied rhodopsins, Glu181, functions. Here, we demonstrate that in a spider visual rhodopsin, orthologue of mammal melanopsins relevant to circadian rhythms, the Glu181 counterion functions likely by forming a hydrogen-bonding network, where Ser186 is a key mediator of the Glu181-SB interaction. We also suggest that upon light activation, the Glu181-SB interaction rearranges while Ser186 changes its contribution. This is in contrast to how the counterion of vertebrate visual rhodopsins, Glu113, functions, which forms a salt bridge with the SB. Our results shed light on the molecular mechanisms of visible light-sensitivity relevant to invertebrate vision and vertebrate non-visual photoreception.

  2019年, Communications biology, 2, 180 - 180, 英語, 国際誌

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A Go-type opsin mediates the shadow reflex in the annelid Platynereis dumerilii

  Thomas Ayers, Hisao Tsukamoto, Martin Gühmann, Vinoth Babu Veedin Rajan, Kristin Tessmar-Raible

  BioMed Central Ltd., 2018年04月, BMC Biology, 16(1) (1), 41, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Structural properties determining low K affinity of the selectivity filter in the TWIK1 K channel

  Hisao Tsukamoto, Masahiro Higashi, Hideyoshi Motoki, Hiroki Watanabe, Christian Ganser, Koichi Nakajo, Yoshihiro Kubo, Takayuki Uchihashi, Yuji Furutani

  American Society for Biochemistry and Molecular Biology Inc., 2018年, Journal of Biological Chemistry, 293(18) (18), 6969 - 6984, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A ciliary opsin in the brain of a marine annelid zooplankton is ultraviolet-sensitive, and the sensitivity is tuned by a single amino acid residue

  Hisao Tsukamoto, I-Shan Chen, Yoshihiro Kubo, Yuji Furutani

  2017年08月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 292(31) (31), 12971 - 12980, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Structural insights into the nucleotide base specificity of P2X receptors

  Go Kasuya, Yuichiro Fujiwara, Hisao Tsukamoto, Satoshi Morinaga, Satoshi Ryu, Kazushige Touhara, Ryuichiro Ishitani, Yuji Furutani, Motoyuki Hattori, Osamu Nureki

  Nature Publishing Group, 2017年03月, Scientific Reports, 7, 45208, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Retinal Attachment Instability Is Diversified among Mammalian Melanopsins

  Hisao Tsukamoto, Yoshihiro Kubo, David L. Farrens, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita, Yuji Furutani

  2015年11月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 290(45) (45), 27176 - 27187, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Activation of Transducin by Bistable Pigment Parapinopsin in the Pineal Organ of Lower Vertebrates

  Emi Kawano-Yamashita, Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Hisao Tsukamoto, Takashi Nagata, Akihisa Terakita

  2015年10月, PLOS ONE, 10(10) (10), e0141280, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Diversification of non-visual photopigment parapinopsin in spectral sensitivity for diverse pineal functions.

  Mitsumasa Koyanagi, Seiji Wada, Emi Kawano-Yamashita, Yuichiro Hara, Shigehiro Kuraku, Shigeaki Kosaka, Koichi Kawakami, Satoshi Tamotsu, Hisao Tsukamoto, Yoshinori Shichida, Akihisa Terakita

  BACKGROUND: Recent genome projects of various animals have uncovered an unexpectedly large number of opsin genes, which encode protein moieties of photoreceptor molecules, in most animals. In visual systems, the biological meanings of this diversification are clear; multiple types of visual opsins with different spectral sensitivities are responsible for color vision. However, the significance of the diversification of non-visual opsins remains uncertain, in spite of the importance of understanding the molecular mechanism and evolution of varied non-visual photoreceptions. RESULTS: Here, we investigated the diversification of the pineal photopigment parapinopsin, which serves as the UV-sensitive photopigment for the pineal wavelength discrimination in the lamprey, linking it with other pineal photoreception. Spectroscopic analyses of the recombinant pigments of the two teleost parapinopsins PP1 and PP2 revealed that PP1 is a UV-sensitive pigment, similar to lamprey parapinopsin, but PP2 is a blue-sensitive pigment, with an absorption maximum at 460-480 nm, showing the diversification of non-visual pigment with respect to spectral sensitivity. We also found that PP1 and PP2 exhibit mutually exclusive expressions in the pineal organs of three teleost species. By using transgenic zebrafish in which these parapinopsin-expressing cells are labeled, we found that PP1-expressing cells basically possess neuronal processes, which is consistent with their involvement in wavelength discrimination. Interestingly, however, PP2-expressing cells rarely possess neuronal processes, raising the possibility that PP2 could be involved in non-neural responses rather than neural responses. Furthermore, we found that PP2-expressing cells contain serotonin and aanat2, the key enzyme involved in melatonin synthesis from serotonin, whereas PP1-expressing cells do not contain either, suggesting that blue-sensitive PP2 is instead involved in light-regulation of melatonin secretion. CONCLUSIONS: In this paper, we have clearly shown the different molecular properties of duplicated non-visual opsins by demonstrating the diversification of parapinopsin with respect to spectral sensitivity. Moreover, we have shown a plausible link between the diversification and its physiological impact by discovering a strong candidate for the underlying pigment in light-regulated melatonin secretion in zebrafish; the diversification could generate a new contribution of parapinopsin to pineal photoreception. Current findings could also provide an opportunity to understand the "color" preference of non-visual photoreception.

  2015年09月, BMC biology, 13, 73 - 73, 英語, 国際誌

  [査読有り]


• Chimeras of Channelrhodopsin-1 and-2 from Chlamydomonas reinhardtii Exhibit Distinctive Light-induced Structural Changes from Channelrhodopsin-2

  Asumi Inaguma, Hisao Tsukamoto, Hideaki E. Kato, Tetsunari Kimura, Toru Ishizuka, Satomi Oishi, Hiromu Yawo, Osamu Nureki, Yuji Furutani

  2015年05月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 290(18) (18), 11623 - 11634, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Distribution of Mammalian-Like Melanopsin in Cyclostome Retinas Exhibiting a Different Extent of Visual Functions

  Lanfang Sun, Emi Kawano-Yamashita, Takashi Nagata, Hisao Tsukamoto, Yuji Furutani, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita

  2014年09月, PLOS ONE, 9(9) (9), e108209, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A Constitutively Activating Mutation Alters the Dynamics and Energetics of a Key Conformational Change in a Ligand-free G Protein-coupled Receptor

  Hisao Tsukamoto, David L. Farrens

  2013年09月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 288(39) (39), 28207 - 28216, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Homologs of vertebrate Opn3 potentially serve as a light sensor in nonphotoreceptive tissue

  Mitsumasa Koyanagi, Eiichiro Takada, Takashi Nagata, Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita

  2013年03月, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 110(13) (13), 4998 - 5003, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Photochemical Nature of Parietopsin

  Kazumi Sakai, Yasushi Imamoto, Chih-Ying Su, Hisao Tsukamoto, Takahiro Yamashita, Akihisa Terakita, King-Wai Yau, Yoshinori Shichida

  2012年03月, BIOCHEMISTRY, 51(9) (9), 1933 - 1941, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Depth Perception from Image Defocus in a Jumping Spider

  Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Shinjiro Saeki, Kunio Isono, Yoshinori Shichida, Fumio Tokunaga, Michiyo Kinoshita, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita

  2012年01月, SCIENCE, 335(6067) (6067), 469 - 471, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Rhodopsin in Nanodiscs Has Native embrane-like Photointermediates

  Hisao Tsukamoto, Istvan Szundi, James W. Lewis, David L. Farrens, David S. Kliger

  2011年06月, BIOCHEMISTRY, 50(22) (22), 5086 - 5091, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Monomeric Rhodopsin Is the Minimal Functional Unit Required for Arrestin Binding

  Hisao Tsukamoto, Abhinav Sinha, Mark DeWitt, David L. Farrens

  2010年06月, JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY, 399(3) (3), 501 - 511, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A Pivot between Helices V and VI near the Retinal-binding Site Is Necessary for Activation in Rhodopsins

  Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita, Yoshinori Shichida

  2010年03月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 285(10) (10), 7351 - 7357, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 3P275 ハエトリグモロドプシンの吸収スペクトル特性と奥行き知覚メカニズムとの関係の解析(光生物-視覚・光受容,第48回日本生物物理学会年会)

  Nagata Takashi, Koyanagi Mitsumasa, Tsukamoto Hisao, Isono Kunio, Arikawa Kentaro, Terakita Akihisa

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2010年, 生物物理, 50(2) (2), S194, 英語


• Identification and characterization of a protostome homologue of peropsin from a jumping spider

  Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita

  2010年01月, JOURNAL OF COMPARATIVE PHYSIOLOGY A-NEUROETHOLOGY SENSORY NEURAL AND BEHAVIORAL PHYSIOLOGY, 196(1) (1), 51 - 59, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Diversity and functional properties of bistable pigments

  Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita

  2010年, PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, 9(11) (11), 1435 - 1443, 英語

  [査読有り]


• The Magnitude of the Light-induced Conformational Change in Different Rhodopsins Correlates with Their Ability to Activate G Proteins

  Hisao Tsukamoto, David L. Farrens, Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita

  2009年07月, JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 284(31) (31), 20676 - 20683, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 第4回アジア・オセアニア光生物学会議（AOCP）の学会見聞録

  塚本寿夫

  The Biophysical Society of Japan General Incorporated Association, 2009年, 生物物理, 49(2) (2), 098 - 099, 日本語

  [査読有り][招待有り]


• Jellyfish vision starts with cAMP signaling mediated by opsin-G(s) cascade

  Mitsumasa Koyanagi, Kosuke Takano, Hisao Tsukamoto, Kohzoh Ohtsu, Fumio Tokunaga, Akihisa Terakita

  2008年10月, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 105(40) (40), 15576 - 15580, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• Expression and comparative characterization of Gq-coupled invertebrate visual pigments and melanopsin

  Akihisa Terakita, Hisao Tsukamoto, Mitsumasa Koyanagi, Michio Sugahara, Takahiro Yamashita, Yoshinori Shichida

  2008年05月, JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY, 105(3) (3), 883 - 890, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 1P-272 パリエトプシンの光反応(光生物・視覚,光受容(1),第46回日本生物物理学会年会)

  Sakai Kazumi, Imamoto Yasushi, Yamashita Takahiro, Tsukamoto Hisao, Terakita Akihisa, Su Chih-Ying, Yau King-Wai, Shichida Yoshinori

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2008年, 生物物理, 48, S64, 英語


• 2P334 無脊椎動物ロドプシンにおけるレチナールシッフ塩基周辺のアミノ酸相互作用についての変異体解析(光生物学(視覚と光受容),口頭発表,第45回日本生物物理学会年会)

  永田 崇, 塚本 寿夫, 小柳 光正, 寺北 明久

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2007年, 生物物理, 47, S196, 英語


• 2P335 部位特異的蛍光標識を用いた多様なロドプシンの活性化に伴う構造変化の検出の試み(光生物学(視覚と光受容),口頭発表,第45回日本生物物理学会年会)

  塚本 寿夫, 小柳 光正, 寺北 明久

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2007年, 生物物理, 47, S196, 英語


• Cephalochordate melanopsin: Evolutionary linkage between invertebrate visual cells and vertebrate photosensitive retinal ganglion cells

  M Koyanagi, K Kubokawa, H Tsukamoto, Y Shichida, A Terakita

  2005年06月, CURRENT BIOLOGY, 15(11) (11), 1065 - 1069, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• A rhodopsin exhibiting binding ability to agonist all-trans-retinal

  H Tsukamoto, A Terakita, Y Shichida

  2005年05月, PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA, 102(18) (18), 6303 - 6308, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 1P278 頭索動物メラノプシンのGq共役型無脊椎動物ロドプシンとの比較解析(光生物 A) 視覚・光受容))

  寺北 明久, 小柳 光正, 塚本 寿夫, 窪川 かおる, 七田 芳則

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年, 生物物理, 45, S101, 日本語


• 2P282 変異蛋白質を用いたロドプシンの活性化機構の比較解析(光生物 A) 視覚・光受容))

  塚本 寿夫, 寺北 明久, 七田 芳則

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2005年, 生物物理, 45, S190, 日本語


• Counterion displacement in the molecular evolution of the rhodopsin family

  Akihisa Terakita, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Takahiro Yamashita, Takashi Miyata, Yoshinori Shichida

  2004年03月, Nature Structural and Molecular Biology, 11(3) (3), 284 - 289, 英語

  [査読有り]

  研究論文（学術雑誌）


• 1P239 変異蛋白質を用いた多様なロドプシン類の活性化状態のpH依存性の比較解析(光生物 A) 視覚)

  寺北 明久, 塚本 寿夫, 七田 芳則

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2004年, 生物物理, 44, S89, 日本語


• 1P237 アゴニスト結合能を持つ無脊椎動物型ロドプシンにおけるレチナール・オプシン相互作用の解析(光生物 A) 視覚)

  塚本 寿夫, 寺北 明久, 小柳 光正, 七田 芳則

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2004年, 生物物理, 44, S89, 日本語


• ロドプシンにおいてアゴニストである全トランス型レチナールと相互作用するアミノ酸残基の解析

  塚本 寿夫, 寺北 明久, 小柳 光正, 宮田 隆, 七田 芳則

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2003年, 生物物理, 43, S185, 日本語

• Characterization and engineering of a blue-sensitive, Gi/o-biased, and bistable ciliary opsin from a fan worm

  Sachiko Fukuzawa, Tomoki Kawaguchi, Takushi Shimomura, Yoshihiro Kubo, Hisao Tsukamoto

  Abstract Ciliary opsins have been identified not only in vertebrates but also in invertebrates. An invertebrate ciliary opsin was recently identified in the fan wormAcromegalomma interruptum(formerly namedMegalomma interrupta); however, its spectral and signaling characteristics are unknown. In the present study, we characterized the spectral properties and light-induced cellular signaling properties of the opsin (AcrInvC-opsin).AcrInvC-opsin showed an absorption maximum at 464 nm and upon blue-light absorption, the spectrum was red-shifted by approximately 50 nm. The two states are inter-convertible by illumination with blue and orange light. Blue light illumination ofAcrInvC-opsin caused specific coupling with Gi, sustained Gi dissociation, decreased intracellular cAMP levels, and activation of GIRK channels. The cellular responses by the activated opsin were partially terminated by orange light illumination. These light-dependent responses indicate that the InvC-opsin is a typical bistable pigment wherein the resting and activated states can be inter-converted by visible light illumination. We also attempted to modulate the spectral and functional properties ofAcrInvC-opsin using site-directed mutagenesis. Substitution of Ser-94 with Ala caused little spectral shift in the resting state but a further red-shift of ∼10 nm in the activated state, indicating that the absorption spectra of the two states were tuned differently. In contrast, the S94A substitution did not significantly affect the light-dependent signaling properties ofAcrInvC-opsin. BecauseAcrInvC-opsin is a blue-sensitive, Gi/o-biased, and bistable pigment, it has the potential to serve as an optical control tool to specifically and reversibly regulate Gi/o-dependent signaling pathways by visible light.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2024年11月21日, bioRxiv, 英語

  機関テクニカルレポート，技術報告書，プレプリント等


• Molecular basis underlying specific interaction of mammalian melanopsins with an antagonist AA92593

  Kohei Obayashi, Ruisi Zou, Toshifumi Mori, Hisao Tsukamoto

  Abstract Melanopsin functions in intrinsically photosensitive retinal ganglion cells of mammals to regulate circadian clock and pupil constriction. The opsinamide AA92593 has been reported to specifically inhibit mouse and human melanopsin functions as a competitive antagonist against retinal; however, the molecular mechanisms underlying its specificity have not been resolved. In this study, we attempted to identify amino acid residues responsible for the specific interaction of AA92593 with mammalian melanopsins. Our cell-based assays confirmed that AA92593 effectively inhibited the light-induced cellular responses of mammalian melanopsins, but not those of non-mammalian vertebrate and invertebrate melanopsins. These results suggest that amino acid residues specifically conserved among mammalian melanopsins are important for the antagonistic effect of AA92593, and we noticed Phe-94, Ser-188, and Ser-269 as candidate residues. Substitutions of these residues reduced the antagonistic effect of AA92593. We conducted docking and molecular dynamics simulations based on the AlphaFold-predicted melanopsin structure. The simulations indicated that Phe-94, Ser-188, and Ser-269 are located at the AA92593-binding site, and additionally identified Trp-189 and Leu-207 interacting with the antagonist. Substitutions of Trp-189 and Leu-207 affected the antagonistic effect of AA92593. Furthermore, substitutions of these amino acid residues converted AA92593-insensitive melanopsins susceptible to the antagonist. Based on experiments and molecular simulations, five amino acid residues, at positions 94, 188, 189, 207, and 269, were found to be responsible for the specific interaction with AA92593 in mammalian melanopsins.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2024年11月01日, bioRxiv, 英語

  機関テクニカルレポート，技術報告書，プレプリント等


• 無脊椎動物由来のオプシンを用いた新規光操作ツールの開発

  塚本寿夫

  Biophysical Society of Japan, 2024年03月, 生物物理, 64(1) (1), 32 - 34, 日本語

  [査読有り][招待有り]

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）


• 自己不活性化する光感受性 GPCR を利用した 「精密バイアス光操作ツール」の開発

  塚本寿夫

  2024年02月, 生化学, 96(1) (1), 70 - 74, 日本語

  [査読有り][招待有り]

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）


• A self-inactivating invertebrate opsin with resistance to retinal depletion optically drives biased signaling toward Gβγ-dependent ion channel modulation

  Hisao Tsukamoto, Yoshihiro Kubo

  Abstract Animal opsins, light-sensitive G protein-coupled receptors (GPCRs), have been utilized for optogenetic tools to control G protein-dependent signaling pathways. Upon G protein activation, the Ga and Gβγ subunits drive different intracellular signaling pathways, leading to complex cellular responses. For some purposes, Ga-, Gβγ-dependent signaling needs to be separately modulated, but these responses are simultaneously evoked due to the 1:1 stoichiometry of Ga and Gβγ. Nevertheless, we show temporal activation of G protein using a self-inactivating invertebrate opsin,Platynereisc-opsin1, drives biased signaling for Gβγ-dependent GIRK channel activation in a light-dependent manner by utilizing the kinetic difference between Gβγ-dependent and Ga-dependent responses. The opsin-induced transient Gi/o activation preferably causes activation of the kinetically-fast Gβγ-dependent GIRK channels rather than slower Gi/oα-dependent adenylyl cyclase inhibition. Although similar Gβγ-biased signaling properties were observed in a selfinactivating vertebrate visual pigment,Platynereisc-opsin1 needs fewer retinal molecules to evoke cellular responses. Furthermore, the Gβγ-biased signaling properties ofPlatynereisc-opsinl are enhanced by genetically fused with RGS8 protein which accelerates G protein inactivation. The self-inactivating invertebrate opsin and its RGS8-fusion protein can function as optical control tools biased for Gβγ-dependent ion channel modulation.

  Cold Spring Harbor Laboratory, 2023年01月06日, bioRxiv, 英語

  機関テクニカルレポート，技術報告書，プレプリント等


• 動物オプシンの機能特性を光操作ツールとして活かす

  塚本寿夫

  The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry, 2022年08月01日, 比較生理生化学, 39(2) (2), 84 - 91, 日本語

  [査読有り][招待有り]

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）


• Optical control of cellular signaling pathways using animal opsins

  Hisao Tsukamoto

  SPIE, 2021年10月27日, Biomedical Imaging and Sensing Conference 2021, 119250E, 英語

  記事・総説・解説・論説等（国際会議プロシーディングズ）

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• オーファン助教の延長戦

  塚本寿夫

  分子科学研究所, 2021年03月, 分子研レターズ, 83, 26 - 27, 日本語


• 【書評】細胞のマルチスケールメカノバイオロジー

  塚本 寿夫

  一般社団法人 日本生物物理学会, 2017年, 生物物理, 57(5) (5), 278 - 278, 日本語


• 出前授業 生き物の「分子」と「進化」

  自然科学研究機構, 2015年09月, 自然科学研究機構 広報誌OKAZAKI, 48, 日本語, 国内誌


• Gタンパク質共役受容体オプシンとその構成的活性化変異体の構造ダイナミクス

  塚本 寿夫

  The Biophysical Society of Japan General Incorporated Association, 2014年, 生物物理, 54(2) (2), 111 - 112, 日本語


• Arrestin can Bind to a Single G-Protein Coupled Receptor

  Hisao Tsukamoto, Abhinav Sinha, Mark DeWitt, David L. Farrens

  2010年01月, BIOPHYSICAL JOURNAL, 98(3) (3), 291A - 291A, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• 第4回アジア・オセアニア光生物学会議（AOCP）の学会見聞録

  塚本寿夫

  Biophysical Society of Japan, 2009年, 生物物理, 49(2) (2), 098 - 099, 日本語

  [査読有り][招待有り]

  会議報告等


• Comparative biochemical analysis of invertebrate visual pigments and melanopsin

  Akihisa Terakita, Hisao Tsukamoto, Mitsumasa Koyanagi, Michio Sugahara, Takahiro Yamashita, Yoshinori Shichida

  2007年11月, COMPARATIVE BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY B-BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY, 148(3) (3), 345 - 345, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• 【五感の科学】 視覚を担うGタンパク質共役型受容体ロドプシン

  塚本 寿夫, 寺北 明久, 七田 芳則

  (公社)日本薬学会, 2007年05月, ファルマシア, 43(5) (5), 432 - 436, 日本語


• Comparative analyses of melanopsin with invertebrate visual pigmetns

  Akihisa Terakita, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Yoshinori Shichida

  2006年12月, ZOOLOGICAL SCIENCE, 23(12) (12), 1198 - 1198, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• Diversity of the vertebrate non-visual pigment parapinopsins

  Mitsumasa Koyanagi, Akihisa Terakita, Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita

  2006年12月, ZOOLOGICAL SCIENCE, 23(12) (12), 1198 - 1198, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• ロドプシン類の分子進化

  塚本 寿夫, 寺北 明久, 七田 芳則

  (公財)金原一郎記念医学医療振興財団, 2006年10月, 生体の科学, 57(5) (5), 500 - 501, 日本語


• A rhodopsin exhibiting binding ability to agonist all-trans-retinal

  Hisao Tsukamoto, Akihisa Terakita, Yoshinori Shichida

  2005年12月, ZOOLOGICAL SCIENCE, 22(12) (12), 1478 - 1479, 英語

  研究発表ペーパー・要旨（国際会議）


• EXPRESSION AND CHARACTERIZATION OF LANCELET OPSIN(Physiology)(Proceeding of the Seventy-Third Annual Meeting of the Zoological Society of Japan) :

  Tsukamoto H., Terakita A., Koyanagi M., Miyata T., Shichida Y.

  Zoological Society of Japan, 2001年, Zoological science, 18, 110 - 110, 英語

• 光と生命の事典

  塚本 寿夫

  分担執筆, 無脊椎動物オプシン, 朝倉書店, 2016年


• The evolution of visual and non-visual pigments

  Hisao Tsukamoto

  分担執筆, Diversity and functional properties of bistable photopigments, Springer, 2014年


• 動物の多様な生き方１ 見える光，見えない光

  寺北明久, 塚本寿夫

  分担執筆, 光を受容するさまざまな分子, 共立出版, 2009年

• 動物の光受容タンパク質オプシンの歴史・特徴・応用

  塚本 寿夫

  東京大学物性研究所機能物性セミナー, 2025年02月, 日本語

  [招待有り]


• 哺乳類メラノプシンがAA92593を特異的アンタゴニストとして認識する分子メカニズム

  尾林虹兵, 鄒瑞思, 森俊文, 塚本寿夫

  日本動物学会 第95回長崎大会, 2024年09月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 多様なGi/o共役型オプシンの活性化と不活性化に伴う、シグナル伝達分子の動態の解析

  松本怜之, 成宮毱那, 塚本寿夫

  日本動物学会 第95回長崎大会, 2024年09月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 種々の動物種が持つメラノプシンのGタンパク質共役特異性の違いとその制御メカニズムの解析

  佐竹 うらら, 尾林 虹兵, 塚本 寿夫

  日本動物学会 第95回長崎大会, 2024年09月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 双安定性かつGタンパク質双共役性を示す無脊椎動物オプシンの解析

  川口倫輝, 佐藤恵太, 大内淑代, 塚本寿夫

  日本動物学会 第95回長崎大会, 2024年09月, 日本語

  口頭発表（一般）


• Optical modulation of ion channel activity by opsin, light-sensitive GPCR

  Hisao Tsukamoto

  Ion Channel Modulation Symposium - Japan 2024, 2024年05月, 英語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 無脊椎動物由来の Gi/o 共役型可視光受容タンパク質の分子特性

  福澤咲知子, 塚本寿夫

  第61回日本生物物理学会年会, 2023年11月, 英語

  ポスター発表


• 可視光でオン・オフできるGs共役型光遺伝学ツールの開発

  酒寄朗成, 酒井祐輔, 平尚之, 阪田悠世, 小柳光正, 寺北明久, 松花沙織, 井上邦夫, 塚本寿夫

  第61回日本生物物理学会年会, 2023年11月, 英語

  ポスター発表


• 分子センサーを用いた、無脊椎動物型オプシンによるGタンパク質の活性化・下流のシグナル伝達キネティクスの解析

  成宮毱那, 太田道裕, 塚本寿夫

  第61回日本生物物理学会年会, 2023年11月, 英語

  ポスター発表


• 哺乳類メラノプシンと特異的アンタゴニストとの相互作用の生化学的・理論的解析

  尾林虹兵, 鄒瑞思, 森俊文, 塚本寿夫

  第61回日本生物物理学会年会, 2023年11月, 英語

  ポスター発表


• 双安定性かつ G タンパク質双共役性を示すオプシン

  川口倫輝, 塚本寿夫

  第61回日本生物物理学会年会, 2023年11月, 英語

  ポスター発表


• 動物オプシンの分子特性とその機能チューニング

  塚本寿夫

  第３回神戸大学次世代光散乱イメージング科学研究センターシンポジウム, 2023年09月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 非視覚の光受容に関わるオプシンを光操作ツールとして活用する

  塚本寿夫

  日本動物学会 第94回山形大会, 2023年09月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 無脊椎動物オプシンを「よい」 光操作ツールに改変する

  塚本寿夫

  生理研研究会 「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」, 2023年09月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 無脊椎動物オプシンの特性を生かしたGβγシグナル経路選択的光操作ツールの開発

  塚本寿夫

  第2回 神戸大学次世代光散乱イメージング科学研究センターシンポジウム, 2023年01月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• Characterization of an invertebrate opsin having transient G protein-activating state(s) as optical control tool

  Hisao Tsukamoto, Yoshihiro Kubo

  THE 19TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON RETINAL PROTEINS, 2022年10月, 英語

  ポスター発表


• Gs共役型オプシンを用いた二状態安定型光操作ツールの作製

  酒寄朗成, 酒井祐輔, 小柳光正, 寺北明久, 塚本寿夫

  第60回日本生物物理学会年会, 2022年09月, 英語

  ポスター発表


• An invertebrate opsin functionally biased for Gbg-dependent ion channel responses

  塚本寿夫, 久保義弘

  第60回日本生物物理学会年会, 2022年09月, 英語

  ポスター発表


• 一過性の細胞応答を引き起こす無脊椎動物オプシンの解析

  塚本寿夫, 久保義弘

  第22回日本光生物学協会年会, 2022年08月, 日本語

  ポスター発表


• 動物の光受容タンパク質オプシンの多様性を光操作ツールの視点から見る

  塚本寿夫

  自然科学研究機構 「ネットワーク型研究加速事業（国際ネットワーク）」生理研プロジェクト 最終成果報告会, 2022年03月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 光操作ツールとしての動物オプシンの機能的多様性

  塚本寿夫

  レーザー学会学術講演会第42回年次大会, 2022年01月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 光操作ツールとして無脊椎動物オプシンが持つ利点

  塚本寿夫

  CSMIワークショップ Emergence Conference, 2021年12月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• リサイクル型オプシンの光応答特性を利用した光操作ツールの開発

  塚本寿夫

  生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」, 2021年09月

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 無脊椎動物オプシンの特性を活用した細胞応答の光操作

  塚本寿夫, 久保義弘

  日本動物学会第92回オンライン米子大会, 2021年09月

  ポスター発表


• Optical control of cellular signaling pathways using animal opsins

  Hisao Tsukamoto

  OPTICS & PHOTONICS International Congress 2021, 2021年04月, 英語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 無脊椎動物オプシンの光遺伝学ツールとしての可能性

  塚本 寿夫

  第4回極みプロジェクトシンポジウム, 2020年09月, 日本語

  [招待有り]

  口頭発表（招待・特別）


• 分子研で行った生物学研究

  塚本 寿夫

  分子研コロキウム, 2020年07月, 日本語

  [招待有り]

  公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等


• ”総力戦”としての光操作技術

  塚本寿夫

  第 57 回日本生物物理学会年会, 2019年09月, 英語


• 無脊椎動物の繊毛型オプシンの多様なシグナル伝達特性とそれを利用した光操作ツールの作製

  塚本寿夫

  日本動物学会第 90 回大阪大会, 2019年09月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 無脊椎動物オプシンの物性を利用してイオンチャネルを光操作する

  塚本寿夫

  ISSP ワークショップ「レチナールタンパク質の光機能発現の物理と化学」, 2019年09月, 日本語


• チャネル機能の操作ツールとしての無脊椎動物光受容体

  塚本寿夫

  生理研研究会「イオンチャネルと生体膜のダイナミズム:構造生物学の先にあるもの」, 2019年09月, 日本語


• Investigation of ligand-protein interaction in a G protein-coupled receptor via ATR-FTIR spectroscopy.

  H. Tsukamoto, Y. Furutani

  第56回日本生物物理学会年会, 2018年09月, 日本語

  ポスター発表


• 無脊椎動物が持つ繊毛型オプシンが示す多様な機能特性

  塚本寿夫, 古谷祐詞

  第 20 回日本光生物学協会年会, 2018年08月, 日本語

  ポスター発表


• 動物プランクトンの脳内紫外光受容体が持つ分子特性

  塚本寿夫, I-Shan Chen, 久保義弘, 古谷祐詞

  生理学研究所プロジェクト「機能タンパク質の構造と機能のダイナミクスと、それに基づく細胞・ 生体システム作動機構の研究拠点の形成」平成 29 年度末シンポジウム, 2018年03月, 日本語


• Functional properties and the regulating mechanisms of a mammalian two-pore domain potassium channel TWIK-1.

  H. Tsukamoto, K. Nakajo, Y. Kubo, Y. Furutani

  第55回日本生物物理学会年会, 2017年09月, 日本語

  ポスター発表


• 動物プランクトンの脳ではたらく繊毛型オプシンの分子特性

  塚本寿夫, I-Shan Chen, 久保義弘, 古谷祐詞

  日本動物学会第88回富山大会, 2017年09月, 日本語


• 動物プランクトンの脳ではたらく紫外光受容体の分光・電気生理解析

  塚本寿夫, I-Shan Chen, 久保義弘, 古谷祐詞

  第2回イオンチャネル研究会, 2017年08月, 日本語


• Spectral and biochemical characterization of mammalian melanopsins (Opn4s) and invertebrate Opn3 homologs.

  H. Tsukamoto, Y. Kubo, I. S. Chen, D. L. Farrens, M. Koyanagi, A. Terakita, Y. Furutani

  17th International Conference on Retinal Proteins, 2016年10月, 英語


• 哺乳類カリウムチャネル TWIK-1 の機能特性と、赤外分光を用いたイオンとの相互作用の解析

  塚本寿夫, 中條浩一, 久保義弘, 古谷祐詞

  平成28年度 生理研研究会 「膜システムの機能的・構造的統合」, 2016年09月, 日本語


• 無脊椎動物における繊毛型オプシンの分子特性と非視覚の光受容

  塚本寿夫

  第 19 回日本光生物学協会年会, 2016年07月, 日本語


• 哺乳類における「非視覚」の光受容機能を支えるメラノプシンの分子基盤

  塚本寿夫, 久保義弘, David Farrens, 小柳光正, 寺北明久, 古谷祐詞

  第 43 回 生体分子科学討論会, 2016年06月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 哺乳類メラノプシンにおける、レチナール結合の「揺らぎ」

  塚本寿夫, 久保義弘, David Farrens, 小柳光正, 寺北明久, 古谷祐詞

  自然科学研究機構 3 プロジェクト終了シンポジウム「次ステージ機能生命科学の展望」, 2016年03月, 日本語


• Molecular mechanisms regulating function of photoreceptive proteins

  Hisao Tsukamoto

  JSPS Summer Program 2015, 2015年06月, 英語


• Energetics and conformational dynamics underlying the activation of the G protein-coupled receptor opsin assessed by site-directed fluorescence labeling and nanodisc techniques.

  H. Tsukamoto, D. L. Farrens

  6th International Conference on Retinal Proteins, 2014年10月, 英語

  口頭発表（一般）


• 哺乳動物の概日リズムの調節を担う光受容タンパク質メラノプシンの分子特性

  塚本寿夫, David Farrens, 久保義弘, 小柳光正, 寺北明久, 古谷祐詞

  日本動物学会第83回大会, 2012年08月, 日本語

  口頭発表（一般）


• 光受容タンパク質ロドプシンの機能調節メカニズム

  塚本寿夫

  2011年度第3回名古屋支部セミナー 「生化名古屋・夏のセミナー」, 2011年08月, 日本語

  [招待有り]

• 日本生物物理学会

  2003年09月 - 現在


• 日本動物学会

  2001年09月 - 現在

• 神経活動に伴うアストロサイトのAQP4依存的なATP/アデノシン放出

  森田 光洋, 塚本 寿夫

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(C), 神戸大学, 2022年04月01日 - 2025年03月31日


• GPCRシグナルの精密バイアス光操作ツールの作製

  塚本 寿夫, 森田 光洋

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 神戸大学, 2021年04月01日 - 2025年03月31日


• 内在受容体を利用した生命機能の新規光操作手法の開発

  塚本 寿夫

  科学技術振興機構, 戦略的創造研究推進事業 さきがけ, 分子科学研究所、神戸大学, 2017年10月 - 2021年09月, 研究代表者

  この十数年間に、外来の(異なる生物種由来の)光受容タンパク質遺伝子を強制発現させて、動物の神経活動などを光で操作する技術は爆発的に発展しています。この研究提案では、外来遺伝子を用いるのではなく、研究対象の動物に内在する受容体遺伝子を活用して生命機能を光操作する技術の開発に取り組みます。そして、これまで以上に幅広い動物種・生命機能に光操作技術を適用できるようにします。


• 哺乳類カリウムチャネルの環境依存的イオン透過制御メカニズムの解明

  塚本 寿夫

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 若手研究(B), 分子科学研究所, 2017年04月01日 - 2020年03月31日

  一般にカリウムチャネルはナトリウムイオンを透過しないが、TWIK-1というカリウムチャネルは細胞外環境に応じてナトリウムイオンも透過する。この「緩い」イオン選択性を生み出すメカニズムを明らかにすることをめざして、TWIK-1に対して赤外分光解析と蛍光分光解析を行った。赤外分光解析からは、イオン選択性を生み出す選択フィルタ部位のカリウムイオンに対する親和性が低いことがわかり、蛍光分光解析からは細胞外ドメイン内のイオンの「出入口」が、ナトリウムイオン濃度が高いと広がることを示唆する結果を得た。すなわち、TWIK-1の選択フィルタ部位と細胞外ドメインが協調的にイオン選択性を制御していると考えられた。


• 哺乳動物が環境光を感知するためのメラノプシンの分子特性の解明

  塚本 寿夫

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 若手研究(B), 分子科学研究所, 2013年04月01日 - 2015年03月31日

  哺乳類は、他の多くの動物と同様に、外界の光環境に応じて、概日時計の調節などを行う。このような哺乳類における、「視覚外」の環境光受容には、網膜内の視細胞と共に、網膜神経節細胞が関わることが知られている。この網膜神経節細胞の光受容は、メラノプシンというタンパク質が担っている。 本研究では、哺乳類メラノプシンが、環境光受容を担うために特徴的な分子特性を持っているのではないかと考え、種々の哺乳類メラノプシンと分子系統的に近縁な他の光受容タンパク質との間で分光学的・生化学的な性質を比較した。その結果、哺乳類メラノプシンが、環境光を受容するために適した分子特性を持つことを示唆する結果を得た。


• 哺乳動物イオンチャネルの機能的発現と分子機構解析

  古谷 祐詞, 中條 浩一, 塚本 寿夫, 木村 哲就, 久保 義弘

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 挑戦的萌芽研究, 分子科学研究所, 2012年04月01日 - 2014年03月31日

  イオンチャネル蛋白質は、様々な刺激に応じてイオンを選択的に透過することで生体電気信号の発生を制御する。このように重要な生理現象を担うイオンチャネルの機能発現の分子機構の解明には原子レベルでの構造情報が必要である。本研究では、医学・薬学分野で重要な哺乳動物由来のイオンチャネルに対して、分子の構造に詳細な情報を与える全反射赤外差分光解析を適用した。様々なカリウムチャネルの中から細胞の静止膜電位に関係するKCNK1チャネルが赤外分光解析に有望であることを明らかにし、イオン選択フィルタの構造情報を得ることに成功した。


• 体内時計の調節を担う光受容体メラプシンの機能発現メカニズムの解析

  塚本寿夫

  日本学術振興会, 海外特別研究員, Oregon Health & Science University, 2011年04月 - 2011年06月, 研究代表者


• G蛋白質共役受容体の多量体化の機能的意義

  塚本寿夫

  上原記念生命科学財団, リサーチフェローシップ, Oregon Health & Science University, 2010年04月 - 2011年03月


• 光受容蛋白質の機能多様性とそれを生み出す分子特性の分子生理学・生化学的解析

  塚本 寿夫

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 特別研究員奨励費, 大阪市立大学, 2007年04月 - 2010年03月

  本研究課題では、動物の視覚などを担う「普通」のロドプシンおよびその類似タンパク質(以下ロドプシン類と呼ぶ)とは正反対の全トランス型から11シス型への発色団レチナールの異性化反応を起こすロドプシン類であるペロプシンやレチノクロムが機能発現する際に必要な分子メカニズムが、「普通」のロドプシンとどのように異なるのか(似ているのか)を明らかにすることを目指して、研究を行っている。 前年度までの研究から、通常のロドプシン類を調製する条件(界面活性剤で可溶化)では、ペロプシン・レチノクロムの性質が大きく変化してしまうことが明らかになっていた。また前年度までにグリセリンを添加することにより界面活性剤の影響を緩和できることもわかっていた。そこで今年度は、主にレチノクロムを用いて、グリセリンを添加した試料あるいは、脂質存在下で界面活性剤を除去し、脂質小胞(リポソーム)に再構成した試料を用いて、機能発現メカニズムを解析した。 「普通」のロドプシン類を用いた実験では、6番目の膜貫通ヘリックスの特定の部位に蛍光プローブを導入し、その蛍光特性を光受容(レチナールの光異性化)前後で測定することにより、それらの機能発現メカニズムを解析することができる。そこで、レチノクロムについて6番目の膜貫通ヘリックスの同じ位置に蛍光プローブを導入したタンパク質を調製し、それらの蛍光特性をグリセリン添加条件、リポソーム再構成条件の2つの条件で測定した。その結果、レチノクロムでは「普通」のロドプシン類が光を受容する際に見られるような蛍光特性の変化が見られなかった。この結果は、少なくともレチノクロムが光を受容する際には、「普通」のロドプシン類とは異なるメカニズムで機能が発現することを示唆している。


• 変異蛋白質を用いたナメクジウオロドプシンと多様な視物質との性質・機能の比較解析

  塚本 寿夫

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 特別研究員奨励費, 京都大学, 2003年04月 - 2006年03月

  ロドプシン類似の光受容蛋自質は、アミノ酸配列の相同性に基づき5種類のサブグループに分類できる。本研究は、ロドプシン類における活性化機構の類似点と相違点を明らかにすることを目的とする。具体的には、脊椎動物の視物質とは異なるサブグループに属するナメクジウオロドプシンの機能発現機構を、変異蛋白質を用いて解析し、よく研究されている脊椎動物の視物質(ウシロドプシン)と比較した。前年度までの研究から、ナメクジウオロドプシンの6番目の膜貫通ヘリックスに存在するAla269残基に変異を導入すると、光産物(活性状態)の吸収スペクトルが大きく変化し、G蛋白質活性化能が低下することを見いだした。なぜAla269変異が光産物に大きく影響するのか明らかにすることはナメクジウオロドプシンの機能発現機構の理解につながると考え、以下の実験を行った。 1.Ala269変異の影響を小さくするAla269周辺の残基の変異を探索した。その結果5番目の膜貫通ヘリックスに存在するアミノ酸残基に変異を導入すると、Ala269変異の影響が小さくなった。一方、ウシロドプシンのAla269に変異を導入するとG蛋白質活性化能の低下は見られたが、光産物の吸収スペクトルへの影響はナメクジウオロドプシンの場合と異なった。 2.ウシロドプシンにおいては、活性状態への構造変化(構成的活性化)を誘起する変異が知られている。その中の代表的な変異をナメクジウオロドプシンのAla269変異体において対応する位置に導入した。その結果光産物の吸収スペクトルが野生型様に戻ることが示唆された。 以上の結果から、ナメクジウオロドプシンが活性状態を形成する上で5番目と6番目の膜貫通ヘリックスのAla269周辺領域が構造変化することを見いだした。ウシロドプシンにおいても同様の構造変化は重要であるが、ナメクジウオロドプシンとは相違点も存在する可能性を見いだした。