「赤と緑はなぜ見分けられるのか」霊長類色覚の分子構造を解明 ~赤・緑錐体視物質の構造を原子レベルで決定、30ナノメートルの謎に迫る~

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2026-06-26 名古屋工業大学,科学技術振興機構,東京大学,京都大学,関西医科大学,東北大学

古屋工業大学を中心とする国際共同研究グループは、クライオ電子顕微鏡単粒子解析と量子化学計算を組み合わせ、霊長類の赤・緑錐体視物質の暗状態における立体構造を世界で初めて原子レベルで解明した。赤と緑の視物質はアミノ酸配列の96%が共通であるにもかかわらず、約30nmの吸収波長差を示す。本研究では、発色団レチナール自体の構造はほぼ同一であり、赤錐体に特有のわずか3つの親水性アミノ酸残基の配置と双極子モーメントが周囲の静電環境を変化させ、波長差を生み出す主要因であることを明らかにした。さらに、錐体視物質にはレチナールの取り込みを促進する膜側面の「横穴構造」が暗状態から存在し、放出経路とは別経路で視物質を迅速に再生できることも示した。この構造は錐体特有の高速な光応答と視覚再生を支える基盤と考えられ、色覚形成の分子機構の理解を大きく前進させるとともに、色覚異常や視覚疾患の病態解明、創薬への応用が期待される。

「赤と緑はなぜ見分けられるのか」霊長類色覚の分子構造を解明 ~赤・緑錐体視物質の構造を原子レベルで決定、30ナノメートルの謎に迫る~
本研究成果の概要

<関連情報>

錐体視覚色素におけるスペクトル調整と網膜交換に関する構造的知見 Structural insights into spectral tuning and retinal exchange in cone visual pigments

Sayaka Ohashi, Kota Katayama, Asato Kojima, Xuchun Yang, […] , and Hideki Kandori
Science  Published:25 Jun 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.adz3996

Abstract

Color vision in catarrhine primates relies on red-, green-, and blue-sensitive cone pigments that share an 11-cis-retinal chromophore but differ in absorption maxima. Red and green pigments arose by recent gene duplication and differ at only a few residues. Here, we report cryo–electron microscopy structures of red and green cone pigments from the cynomolgus macaque (Macaca fascicularis) integrated with low-temperature vibrational spectroscopy and quantum mechanical and molecular mechanical modeling. The red-green spectral shift is dominated by threonine 285, the hydroxyl dipole of which modulates chromophore electrostatics, whereas steric effects appear modest. We also identified membrane-facing lateral openings in cone pigments but not in inactive rhodopsin. Comparisons with active-state structures suggest activation-dependent gating, and mutational and spectroscopic analyses support a role for this opening in retinal uptake and rapid pigment regeneration.

生物化学工学
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