「ロドプシン」の版間の差分

　[[眼]]の[[網膜]]には光受容に特化した2種類の[[視細胞]]、[[桿体]]と[[錐体]]が含まれ、それぞれには[[wikipedia:ja:光|光]]を受容するために特別に[[細胞分化|分化]]した[[wikipedia:ja:タンパク質|タンパク質]]（光受容タンパク質）が含まれる。これらのタンパク質を視物質と呼び<ref name="ref1">'''Dowling J'''<br>The Retina: An approachable part of the brain<br>''The Belknap Press of Harvard Univ. Press'':1987</ref><ref name="name"><pubmed> 9893707 </pubmed></ref>、特に[[桿体]]の視物質（桿体視物質）をロドプシンと呼ぶ。桿体には[[外節]]と呼ばれる光受容に特化した領域があり、その中には[[円盤膜]]（disk membrane）と呼ばれるパンケーキ状の膜構造がある。ロドプシンはこの膜構造の中に大量に埋め込まれて存在している。 ロドプシンは[[wikipedia:ja:アポタンパク質|アポタンパク質]]と発色団[[レチナール]]より構成されており、レチナールが光を吸収することによって異性化しタンパク質部分の構造変化を起こし、[[Gタンパク質]]を介して[[細胞内シグナル伝達系]]を駆動する。光を吸収するという光受容体としての機能・特性がそのまま分子の物性を反映するプローブとして使えるため、ロドプシンは分光法によってその光反応過程が詳細に解析されており、Gタンパク質共役型受容体（GPCR）のなかでも最も研究が進んでいる受容体としても注目されている。また近年ではロドプシンに近縁なタンパク質（ロドプシン類あるいはオプシン類）が多く同定されており、さまざまな生物種の視覚の他に[[概日リズム]]の光同調などの視覚以外の生理機能を担っていることが明らかになっている。  

　[[wikipedia:JA:脊椎動物|脊椎動物]]の眼の網膜には2種類の視細胞、桿体と[[錐体]]が存在し、それぞれ、[[暗所視]]、[[明所視]]を司る。両視細胞には光を受容するために特別に分化したタンパク質（光受容タンパク質）が含まれ、それらを視物質と呼ぶ<ref name="ref1" /><ref name="name"><pubmed> 9893707 </pubmed></ref>。桿体に含まれる視物質（桿体視物質）をロドプシンと呼び、ロドプシンは視物質の代表として多くの研究に利用されている。  

　1986年に[[GTP結合蛋白質共役型受容体|GTP結合タンパク質共役型受容体]](GTP-binding protein coupled receptor, GPCR)の一つ[[Βアドレナリン受容体]]の一次配列が決定されるとすでに解析されていたロドプシンの配列そしてその配列から予想される7回膜貫通構造が非常に似ていることが発見された。その後も次々に様々なGPCRの配列が決定され、これらは一大タンパク質ファミリーを形成することが明らかになった。一次構造の決定、クローニング、結晶構造決定などについては、種々のGPCRの中ではロドプシンで最初に行われた。ウシロドプシンのように大量の試料を比較的簡単に調製できるGPCRは珍しく、また内在性のリガンドを持つロドプシンは他のGPCRに較べて非常に安定でそのためロドプシンの研究は他の受容体よりも先に進んだ。こうしてロドプシンはGPCR研究のトップランナーとして研究されてきた経歴があり、GPCRファミリー1の代表的な受容体とされている。  

　視細胞には[[wikipedia:JA:繊毛|繊毛]]が分化した外節と呼ばれる特別の部位がある。桿体の外節にはパンケーキ状の円盤膜（disk membrane）が何層にも重なっている。そして、ロドプシンはこの円盤膜に埋め込まれて存在している。錐体の外節はひだ状の層構造になっており、この構造の中に錐体視物質が埋め込まれている（図１）。 微弱光でも効率よく受容できるように、ロドプシンは桿体の円盤膜に大量に発現している（円盤膜面積の50％以上がロドプシン分子である）。光を受容したロドプシンは構造変化を起こし、[[GTP結合タンパク質]]（Ｇタンパク質）を介して[[細胞内シグナル伝達系]]を駆動する。この際にロドプシンの１分子は数百のＧタンパク質を活性化し、光情報が増幅される。シグナル伝達系の下流でもさらに増幅機構が働き、その結果として、桿体はわずか1個の光子を受容しただけで応答することができる。  

　本来「ロドプシン」とは桿体視物質をあらわす言葉であった。しかし、生化学・分子生物学の進展により、桿体視細胞以外の光受容細胞や脊椎動物以外の生物種から相同性のある光受容タンパク質が続々と報告されるようになり<ref><pubmed> 15774036 </pubmed></ref><ref name="ref_shichida" />、これらの光受容タンパク質も「ロドプシン」あるいは「オプシン」と呼ばれるようになった。  

　暗所で微弱光を感知するのに特化した桿体視細胞に対して錐体視細胞は明所で機能する。通常動物は複数の錐体視細胞を持っており、それぞれ波長感度の異なる錐体視物質を持つことによって色覚を可能にしている。例えばヒトは赤色光、緑色光、青色光を受容する3種類の錐体視物質を持っていて[[3色光色覚]]（[[wikipedia:Trichromacy|Trichromacy]]）を実現している。このように錐体視物質は波長感度でグループ分けすることができるが、このグループは分子系統的なグループ分けとおよそ一致していて、錐体視物質は波長感度によって多様化したことが知られている。桿体視物質は緑色光を受容する錐体視物質から分岐し、暗所での光受容に特化した。明所で働く錐体視細胞の応答は桿体視細胞に比べて応答が速いが感度が低いのが特徴である。このように視細胞の特徴的な応答特性は光受容を担う視物質やシグナル分子の分子特性の違いに起因すると考えられている。  

　[[wikipedia:ja:頭足類|頭足類]]（[[wikipedia:ja:イカ|イカ]]・[[wikipedia:ja:タコ|タコ]]など）や[[wikipedia:ja:節足動物|節足動物]]などの[[wikipedia:ja:無脊椎動物|無脊椎動物]]も高度な眼を持っていて発達した視覚を有する。しかし無脊椎動物と脊椎動物はそれぞれ視覚に違うタイプのオプシンを使っている。無脊椎動物の視物質は分子系統的に脊椎動物の視物質とは遠縁であり無脊椎動物の視物質は脊椎動物のものと違う分子特性を持っている。例えば脊椎動物の視物質はGtと共有するが無脊椎動物の視物質は[[Gq]]と共役する。そのため無脊椎動物では光応答に対して視細胞のチャネルが開き脱分極する。無脊椎動物の視物質もロドプシンと呼ばれているが脊椎動物のものと区別するため生物名を加えるのが慣例である。（例えばイカロドプシン、ショウジョウバエロドプシンなど）  

　1990年代以降[[wikipedia:ja:クローニング|クローニング]]技術や[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]解析などの発達によってさまざまなロドプシン類似光受容タンパク質が同定されてきている。なかでも[[ピノプシン]]の発見は特筆される<ref><pubmed> 7969427 </pubmed></ref>。それまでに発見されていたロドプシン類はいわゆる「視覚」に関与する受容体であったが、[[松果体]]に存在するピノプシンは視覚以外の機能に関与する受容体であったからである。この発見以降、「[[視覚オプシン]](visual opsin)」、「[[非視覚オプシン]](non-visual opsin)」という言葉が使われるようになった。最近では1000種類以上のロドプシン様遺伝子が報告されており、これらはGタンパク質共役型受容体（G Protein Coupled Receptor: GPCR）の一員であることが知られている。  

　網膜には桿体・錐体視細胞以外の細胞にも光受容能のあるものが報告されている。中でも網膜[[神経節細胞]]の[[内因性光感受性神経節細胞]]（[[wikipedia:Photosensitive ganglion cell|intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cell]], ipRGC）が注目されている。ipRGCはマウスで[[概日時計]]の光同調や[[瞳]]の[[対光反射]]などの非視覚機能を制御していることが示されている。ipRGCはその内因性の光感受性の他に視細胞からの入力によっても応答できることが知られている。近年はさらにipRGCから視細胞に逆行するシグナル回路があることが示唆されていて、ipRGCが視覚機能を一部調節をしていること考えられている。ipRGCで光受容を担うのは青色光を受容する[[メラノプシン]](カエルのメラニン細胞で初めて同定されたことに由来する）と呼ばれる新規のオプシンで、興味深いことに[[wikipedia:ja:脊椎動物|脊椎動物]]よりも[[wikipedia:ja:無脊椎動物|無脊椎動物]]の視物質に近縁であることが知られている。メラノプシンは視細胞が[[脱感作]]するような長時間の光照射や強度の光照射で機能すると考えられる。  

　これらのバクテリアのロドプシン類も、動物のロドプシン類と同様に7回膜貫通領域をもち、発色団としてレチナールを用い、さらにその発色団はレチナールシッフ塩基結合を介してヘリックス7に結合している。ただし、動物のロドプシンは主に11-シス型のレチナールを発色団として持ち、光を受容して全トランスに異性化されて活性状態になるが、バクテリアのロドプシンは全トランス型のレチナールを発色団とし、光を吸収して13-シス型に異性化し、機能を発揮することがわかっている。また、バクテリアのロドプシンは活性状態になったあと熱反応で元の状態に戻る光反応サイクルを描く。７本膜貫通α-ヘリックス構造を持つことから、両タンパク質は進化的に系統関係があると考えられていたが、アミノ酸配列からは相同性の無いことが明らかにされている。しかしロドプシン類の中でも20％程度の相同性しか示さないものもあるので、たとえ共通の祖先タンパク質から進化しても遠縁な生物種間では変異が蓄積し有意な相同性がなくなっている可能性もある。  

*[[網膜]]