Nishi, Takako

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学位｛博士）論文要旨 広島大学大学院生物種科学研究科イソアワモチ想外光受容器の光情報処理とその機能に関する研究＊西 孝子柿麗児島大学医学部第二生理学教室A study of light infom福.tionprocessir噂a吋凶ysiologi偲lrole in ti喝e斌泊吋xularp初旬開ceptorsof One先鋭umverruculatum Takako NISHI Department of Physiol句zy,School of Medicine. Kagoshima University 要旨動物の体内に存在する、網膜以外の光応答性の紹抱または組織すなわち限外光受容器は、脊椎動物を含む多くの動物に備わった光受容器官である。しかし本来の銀と比較すると、課外光受容器の研究i立遅れていて、その機能に関してはほとんど知られていない。イソアワモチの中枢神経訴に位置する光受容性の神経細胞は眼外克受容器の代表的な倒としてよく知られ、その細胞が大きいため、各唾の実験操作がやり易いという利点を持つ。本研究ではイソアワモチの課外充受容器を用いて、光の紹胞内情報伝達機講を解梼し、次に腹外光受容器開の情報伝達機講を調べた。さらに眼外光受容器が関連すると思われる個体行動を調べたむ1 ）イソアワモチ眼外光受容器の細胞内情報伝達系についてイソアワモチの光受容性の神経細胞 A-P-1は、この動物の課外光受容器であり、震コンダクタンスの減少を伴った説分極性の光受容器電位（光応答）を発生する。これは窮下で流れているK・電流（暗K＋電流）が光によって抑制されることから生じる。本研究では、 A-P-1の光受容器電位の発生に関係する暗K・ 電流が、どのような紹龍内情報伝達系によって制御されているかについて調べ、その機壌を明らかにした。暗下で外液に膜透過性のジプチリ Jレサイクリック GMP ( Db-cGMP、CGM Pの類恨体）を加えると、 A-P-1 の暗K• 電流は Db-cGMP の護度に絃存して増加し、摸は過分極した。この稽K•電流の増加は CGM Pを細胞内に直接詮入しても見られた。このようにして増加した培K・電流は、光耕激によって元のレベルにまで減少した。しかしながら、 CAM Pまたは Db-cAMPをA-P-1に投与しても、 A-P-1の膜電流や膜電位になんら変化は見られなかった。これらの結果は、 A-P-1の埼玉令電流は細胞内 CGM Pレベルによって調節されていて、克はcG 広島大学総合科学部紀要W理系編、第18巻、 ppl27-129 ( 1992 ) ＊広島大学審査学位論文司頭発表日 1992年2月188、学泣取得日 1992年3丹4司＊＊現在の所属：鹿児島大学医学部生理学教室128 西 孝子M Pレベルを減少させる、すなわち CGM Pを分解することを示唆した。そこで実際にラジオイムノアッセイ法を用い、 A-P-1の細胞内 CGM P量を測定した。暗時の紹抱内 CGM Pレベル（22± 6 f mol/ cel ）は光照射後、光応答の電位または電流変化と迂ぼ同じ時間経過に従って減少した。しかしcAMPレベル（8±3 p mol/ cel）は光照射の前後で変動しなかったoこれらの結果から、 A-P-1の光応答は、脊椎動物視細胞（光受容器）の場合と同様に、細胞内 CGM PレベルのCGM Pカスケードに従った減少に由来するのではないかと考えられた。視絹胞の細胞内伝達系における CGM Pカスケードとは、党を吸収した光受容色素によって誘発されたGT P結合蛋白質（G蛋白）がホスホジエステラーゼ（PDE）を活性化し、 CGM Pが分解される一連の反応系である。そこで、 G蛋自の党活性化を阻害することが知られている GDP-p-S及び吾日咳毒素を A-P-1に投与したところ、光応答辻抑制された。これ誌 A-P-1にも CGM Pカスケ－ rが存在することを支持するものである。さらに、禁脊椎動物視輝胞（光受容器〉で光応答の二次メッセンジャー候祷とされているイノシトール三リン殻（ IP3）の効果も検討した。 A-P-1にIP3を投与すると光応答は増大したが、ホスファチジルイノシト －）レ二 1）ン厳（ PIP2）から IP3への加水ラ清孝を担害する neomycinを投与すると、光応答は逆に抑制された。以上の結果よ号、イソアワモチ践外光受容器A-P-1にはG蛋白を共通のステップとする上述の CGM Pカスケ－ r-・と、 もう一つの IP3カスケードが共存し、 CGM Pレベルの減少誌光応答（光受容器電位）を発現させ、 IP3＇まそれを修飾するように働いていると考えられる cこれまでの知見では、脊椎動物模縮抱では膜コンダクタンスの減少を伴う光応答を行い、無脊椎動物提絹麗では摸コンダクタンスの増大を伴う党応答を行うと大別されていた。しかしイソアワモチ脹外光受容器では、受容器電柱の発生機構や絹胞内情報伝達系で脊椎動物と無脊椎動物の両方の視紹胞と共通点を持つことが明らかになった。従って光受容機構法脊権、無脊椎動物で全く異なるものではなく、 4 部、共通の機構が存在すると思われる 92）イソアワモチ援外光受容系で生じる譲長弁問機講についてA-P・1と同じ神経節には、豆s-1と名付けられたもう一つの光に応答する神経紹胞が存在する。このEs-1は、以前に光に車接応答するのではなく、シナプス入力によって二次的に光に応答すると仮定された。しかし本研究において、忌ー1の充応答は、化学的あるいは機械的にシナプス活動を遮断しでも観察きれることから、豆s-1はそれ自体で先に応答する一次の眼外光受容器であることがわかった。正常海水から Ca2＋を除くことによって、神経節細胞関のシナプス活動を遮断すると、 Es-1は膜コンダクタンスの減少を伴った単純な説分極性の光受容器電位を発生して光に応答した。この脱分極性の光応答は－70mVの摸電位で逆転し、静止電位（ -45mV）に電位固定すると内向き電流に置き換えられた。従って、一次の光受容器としてのEs-1の光応答はA-P-1の場合と同様にK＋コンダクタンスの減少（培K＋電流の抑制）によって生じると結論された。しかし、 A-P.・1が490nm（青緑色〉に最大感度を持つのに対比 Es-1は回Onm（黄色）に最大感度を持ち、分光惑度の点で両 ~ 者は異なった。正常海水中における Es-1辻、シナプス逮医者時に見られた単純な説分極性の応答と異な号、波長 ti によって変化する護雑な応答を示した。すなわち、 Es-1は580nm（黄色）の光に対しては説分極するが、 490nm（青緑色）の光に対しては過分極するように、 f色対立型jの応答に変わった。次にA-P-1と豆s-1の関係を知るために、再細抱の摸電位を同時に記録した。 A-P-1に対する長いイソアワモチ眼外光受容器の光情報処理とその捜能に関する研究 129 脱分極パルス誌 Es-1に持関経過の遅い抑制性のシナプス電位を誘発させた。しかし短いパルスによって発生した A-P-1の活動電位は、 Es-1に何らシナプス電位を発生させなかった。逆に Es-1からA干ー 1へのシナプス伝達は観察されなかった。これらのことから、主s-1（シナプス後細胞）はシナプス前縮抱である A-P-1と抑制性の化学シナプスによって結合し、そのシナプス伝達は前細臆の活動電位によるのではなく、むしろ連続的に変化するゆっくりとした電位変化によって生乙ることが示された。従って先に述べた Es-1における色対立型の光応答は、前細抱の活動電位を必要としないこのシナプス機構に由来することが考えられる。すなわち、 Es-1は短波長（490nrn）墳の先に対しては、主に A-P-1の電位変化に由来する過分極応答となるが、長波長（ 580nm）域の光に対して辻、主にEs・1自体の脱分極応答を示すことになると考えられる。このことは、まきに限外先受容系A-P-1とEs-1が光の波長（色）を弁別する系として働いていることを示した。3）イソアワモチの存動における光環境の彰響イソアワモチの急弁別の機能が、この動物の行動とどのように関連するのかを見るために以下の実験を行った。桜島のi韓関帯における生息地での観察では、イソアワモチは昼行性の動物であるにも関わらず、短波長健の成分が多い重射日光を避け（晴天の日の正午前後〉、長波長光の多い光環境下（夕方や曇の日）で活発に行動していた。また実験室内で同じ強度に合わせた490nmもしくは 580nrnの単色党を照射すると、イソアワモチは 490nmの光を避けるような行動が見られ、 2種類の光を弁別していることが示された。イソアワモチには本研究で調べた限外光受容器の他に、柄眼や背践、さらには皮膚光覚細麹など複数の光受容器を持っている。しかしそれらの光受容器には、法長弁到の前提となる同一器宮内での異なる分光感疫を持つ細胞の存在は知られていない。また以前の研究から Es-1は光受容性の神経細胞であると共に外套や腹足の運動を支配する運動神経紹聴でもあることが知られているc従ってイソアワモチが設長の違い、すなわち色に依存した上述のような行動をとるに際して、色弁別能を持ったA-P-1とEs-1のような限外光受容系を利用する可能性は非常に高いといえる。これまでの知見では践外光受容系で辻、単に外界の明暗の違いに応答し、局所的な反射を司ることにのみ注目されており、法長の違いを見分ける龍力すなわち色視は考意されていなかったG一方、高度な形態視の能力のある網膜視結抱では視細胞レベルで波長弁別を行っていることが知られているが、これらの現象の発生機構は現在でも明らかにされていなしL 従って、イソアワモチのような構造が単純で未分化な謀外光受容系における渡長弁別機構の知見は、高度に発達した鰐膜における色視の解明にも少なからず寄与することが期待される。

<学位論文要旨>イソアワモチ眼外光受容器の光情報処理とその機能に関する研究

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<Summary of Doctorate>A study of light information processing and physiological role in the extra-ocular photoreceptors of Onchidium verruculatum

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