霊長類と鯨類の感覚能力の環境適応に関する研究
Molecular and Brain Diversities of Sensory Perceptions in Primates and Whales（日本進化学会推薦）

代表研究者 京都大学霊長類研究所

Primate Research Institute, Kyoto University

今井 啓雄

協同研究者 京都大学野生動物研究センター 岸田

Hiroo IMAI

拓士 Wildlife Research Center, Kyoto University Takushi KISHIDA

In mammals, chemical senses are mediated by taste receptors (TAS1Rs, TAS2Rs) and olfactory receptors (OR),
which belong to the family of seven transmembrane G protein-coupled receptors. Since these receptors are directly
involved in the interaction between mammals and their dietary sources, it is likely that these genes evolved to reflectspecies-specific diets during mammalian evolution. Here, we analyzed the genomic contents and function of thesereceptors in primates and whales. We found that the sensitivities of TAS2Rs were varied due to several amino acidresidues between primate species. This fact suggest that the feeding behaviors of primates are influenced by themolecular evolution of taste receptors. The tendency was implicated in TAS1Rs, the receptor for Sweet and Umami
tastes. We also investigated the taste and olfactory receptors of whales. Corresponding to the strange brain structure ofolfactory bulb, most of class I ORs are lost in whales. Because of loss of almost all the taste receptors and G-protein,gustducin, all modern cetaceans are revealed to have lost the functional taste receptors.

研究目的

体を多く失っている。脳に占める嗅球の割合も、他視覚受容体や視覚の脳内メカニズムは申請者をはの哺乳類と比べて非常に小さい。このため、従来のじめとする多くの研究者が解き明かしてきたが、近定量的な解析からは、両者が嗅覚能力を大幅に喪失

年 様 々 な 動 物 の 化 学 感 覚 遺 伝 子 (Chemosensory

したことは収斂進化の例として捉えられる傾向にあ

Receptor, CR)のレパートリーが同定され、化学感覚る。しかし鯨類は海、霊長類は森に棲んでおり、エについてもその実態を解明する機運が高まっている。

サや天敵なども完全に異なる。従って、どちらも化哺乳類内部の種間におけるＣＲレパートリーの多様学感覚能力を退化させたグループではあるが、収斂性は非常に高い。マウスやウシなどが 1０００以上進化によるものとは考えられず、その退化のパターものＣＲを持つ一方で、我々ヒトを含む真猿類の受ンは異なっていると推測することができる。

容体の数は少なく、海洋性の鯨類にいたってはゲノム中にわずかしか存在しない。

本研究では、真猿類と鯨類、およびそれらの近縁種の持つ CR 遺伝子のレパートリーを解明し、分このように CR レパートリーが多様であることは、子進化的な解析を行った。また、残された受容体の哺乳類の生態が非常に多様であることと相関しておリガンドを同定することで、彼らの化学感覚能力をり、それぞれの種の生息環境に必要とされるレパー定性的に明らかにし、それぞれの生態とどのようにトリーを、それぞれの種で進化させたと考えられて関連しているのかを検証した。

いる。だが、CR は詳細に解析するにはあまりに数が多いため、従来の研究では、ゲノム中の CR の数の進化的増減から、化学感覚能力の進化を定量的に考察するにとどまっていた。
鯨類と真猿類は進化の過程で CR、特に嗅覚受容研究経過
まず、霊長類に関しては苦味受容体やうま味受容体を中心に機能の種間比較を行った。苦味受容体はTAS2R と名付けられたタンパク質であり、ヒトのゲノムには 26 種類の TAS2R をコードする遺伝子が存在する。ヒト以外の霊長類でも数は異なるが同様な考察

TAS2R を持っている。ところが、その機能が種ごと・霊長類と鯨類では、化学感覚受容体の増減がそれ個体ごとに異なっていることがわかってきた。例えぞれの種で起こっているが、それはゲノム中の遺伝

ば、ニホンザルは冬場に樹皮を食べて飢えをしのぐ子レベルだけでなく、タンパク質の機能や発現レベが、樹皮には植物の二次代謝物等が含まれ、ヒトにルでも起こっていることがわかった。特に霊長類でとっては苦くて食べられないものも多い。ヤナギのは、20～30 の味覚受容体の機能が、環境中の様々な樹皮にはサリシンという苦味物質が含まれ、サリシ呈味物質に対して異なっていることから、それぞれンは鎮痛剤としても働くがヒトには苦くて薬としての生息環境に適応している可能性が高い。今後はこもなかなか服用できないため、その構造を参考にアれらの感覚が食物選択等に生かされているかどうかスピリンが開発された経緯がある。ところが、ニホを検証していくと共に、脳内の情報処理とも併せてンザルは平気でヤナギの樹皮を食べるため、その原分子レベルから生態レベルまでの進化過程の考察を因が不思議に思われていた。我々は、細胞に発現ささらに深めていきたいと考えている。

せた TAS2R の機能をヒトやニホンザル等の様々なまた、味覚受容体は舌だけでなく、体内の様々な霊長類種間で比較した結果、サリシンに対してはヒ器官に発現していることから、その機能多様化は食トが最も敏感であり、ニホンザルはそれよりも非常物選択だけでなく、体内環境の維持等にも生かされに鈍感であることを発見した。この結果は、行動実ていると考えられる。そのため、種特異的な体内環験でも確かめることができた。このような受容体の境維持機構に味覚受容体が関わっている可能性も今

機能はタンパク質を構成するアミノ酸残基の置換に後の課題となる。我々は、南米に生息するマーモセよってもたらされるが、その原因となるアミノ酸残ットで盲腸に味覚受容体が発現していることを発見

基を同定することができた。さらに、ヒトやニホンした。この仲間は、樹液を飲んで盲腸で発酵させてザルだけでなく、南米に住む新世界ザル間でも同様栄養としていることが示唆されている。そのため、な苦味受容体の多様化例を見いだすことができた。

盲腸で発現している味覚受容体は、発酵の進行具合また、うま味受容体においても霊長類種間で反応すをモニターしている可能性が考えられる。鼻腔や気るアミノ酸の種類が異なり、その原因となるアミノ管で発現している味覚受容体は、細菌等のモニター酸残基を同定することができた。近年、味覚受容体と感染症への防御に関わっていることが考察されては舌だけでなく、消化管や気管・精巣等でも発現しいる。もしかしたら、マーモセットの盲腸で発現していることが発見されている。我々も盲腸におけるている味覚受容体も、腸内細菌の組成や感染症への味覚受容体の発現を報告したが、このような受容体対応に関わっている可能性もあるかもしれない。の発現部位の多様化と機能の多様化が食性の進化に関わっていると考えられる。

一方、鯨類で機能的であることが推定された嗅覚受容体の一部は前立腺で発現していることが報告さ

鯨 類 に つ い て は 、 従 来 、 味 覚 受 容 体 （ TAS1R,れているものであるため、こちらも環境からの情報TAS2R）や嗅覚受容体（OR）の多くを失っているとだけでなく、体内環境情報のモニターに関わってい考えられていた。我々は特にヒゲクジラ類の味覚・る可能性が高い。そのため、鯨類ではやはり味覚・嗅覚受容体の有無を検討した結果、イルカなどのハ嗅覚のほぼすべての感覚が退化していることが示唆クジラ類では失っている感覚を保っている可能性をされる。陸上生活から水中生活に移行した際に、不示した。脳内で嗅覚情報処理をする嗅球についても必要な感覚が退化し、聴覚等、その他の感覚を利用ハクジラ類では失われているが、ヒゲクジラ類ではする方向にシフトしているのであろう。だた、ヒゲ構造を保っていた。ただし、一部の受容体の欠損にクジラ類では味覚は受容体も G タンパク質もほぼ退対応して、嗅球の構造自体がその入力部分を欠失し化しているが、一部の嗅覚受容体機能が残っているていることがわかった。また、受容体だけでなく、ことが示唆されるため、今後機能解析によりどのよ味覚受容体からの信号を伝達する G タンパク質につうな匂いに対して反応するのか解明することができいても、ハクジラ類、ヒゲ鯨の共通祖先段階で偽遺ると考えている。ガストデューシンは退化していた伝子化していることを発見した。

が、味覚受容体も共役する G タンパク質がシフトす

研究会」特別講演ることも報告されているため、唯一残された
TAS2R16 も、もしかしたらガストデューシン系以外

9.

(岡崎)

早川卓志, 井上英治, Koops K, 大東肇, 松沢哲の経路で味覚以外の機能を担っているのかもしれな郎, 今井啓雄(2013) 野生チンパンジーにおけるい。今後、部位ごとの発現量や発現細胞の解析によ苦味受容体遺伝子の地域差と生態適応. 第 29 回り、どのような生命現象に関わっているのか解明し日本霊長類学会・日本哺乳類学会 2013 年度合同ていきたい。

大会 (岡山)10. 尾頭雅大, 筒井圭, 櫻井児太摩, 橋戸-鈴木南美,研究の発表

早川卓志, Filippo AURELI, Linda FEDIGAN, 今口頭発表

井啓雄, 河村正二(2013) 色覚・食性の異なる新1.

今井啓雄(2014) 分子系統学と霊長目の適応進化

世界ザル種間における苦味受容体 TAS2R1 及び-サルの味覚の地域変異の謎- 日本哺乳類学会

4 のリガンド感受多様性. 第 29 回日本霊長類学2014 年度大会自由集会「哺乳類分子系統学のこ会・日本哺乳類学会 2013 年度合同大会 (岡山)れから」（京都）
2.

H. Imai (2014) Intra-species difference in the taste

ポスター発表receptors of primates. International Union of1.

本哺乳類学会 2014 年度大会（京都）Anthropological and Ethnological Sciences 2014.
“Local differences in ecology and behavior of

3.

(千葉)

Schaffner、L. M. Fedigan、河村正二（2014）新世

T. Kishida (2014) Toothed whale olfaction. The 3rd

界ザル苦味受容体機能の種間差. 第 30 回日本霊International Workshop on Tropical Biodiversity and長類学会大会（大阪）3.

早川卓志、B. J. Welker、F. Aureli、C. M. Schaffner、T. Hayakawa, B. J. Welker, F. Aureli, C. M.

L. M. Fedigan 、 河 村 正 二 、 今 井 啓 雄 (2014)

Schaffner, L. M. Fedigan, S. Kawamura, H. Imai

Functional Diversity of Bitter Taste Receptors in(2014) Interspecific variation of ligand sensitivity

New World Monkeys. 25th Congress of theand evolution of bitter taste receptors TAS2R1 andInternational Primatological Society 第 25 回国際霊TAS2R4 in New World monkeys. The 12th

長類学会（Hanoi, Vietnam）
西栄美子、筒井圭、今井啓雄（2014）ヒトとニホンザルにおける甘味感受性の違い. 味と匂学回国際シンポジウム「味覚嗅覚の分子神経機構」

会第 48 回大会（静岡）5.

岸田拓士. (2014) 脳とゲノムから探るヒゲクジ

今井啓雄(2013) 霊長類味覚受容体の機能解析.

ラの嗅覚能力の進化.日本進化学会第 16 回大会

分子研研究会「ロドプシン研究の故きを温ねて（高槻）6.

E. Nishi, K. Tsutsui, H. Imai (2014) Difference in今井啓雄(2013) マーモセット盲腸における味覚sensitivity to sweet compounds between human and

情報伝達分子群の発現.第 3 回日本マーモセット

Japanese研究会大会シンポジウム (福岡)

Symposium on Molecular and Neural Mechanisms

今井啓雄(2013) 霊長類の感覚：色覚と味覚. 名of Taste and Olfactory Perception 第 12 回国際シン

古屋工業大学 オプトバイオテクノロジー研究

ポジウム「味覚嗅覚の分子神経機構」（福岡）センター設立シンポジウム (名古屋)8.

4.

Mechanisms of Taste and Olfactory Perception 第 12新しきを知る」(岡崎) 招待講演

7.

筒井圭、尾頭雅大、櫻井児太摩、鈴木-橋戸南美、

K. Tsutsui, M. Otoh, K. Sakurai, N. Suzuki-Hashido,

（福岡）

6.

今井啓雄、筒井圭、尾頭雅大、櫻井児太摩、鈴木 － 橋 戸 南 美 、 早 川 卓 志 、 F. Aureli 、 C. M.

International Symposium on Molecular and Neural5.

2.

non-human primates: genetic variation or culture?”

Conservation, Arusha（タンザニア）
4.

岸田拓士 (2014) 鯨類の嗅覚能力とその進化.日招待講演

7.

monkey.

The12thInternational

K. Tsutsui, M. Otoh, K. Sakurai, N. Suzuki-Hashido,

今井啓雄(2013) コモンマーモセット盲腸におけT. Hayakawa, B. J. Welker, F. Aureli, C. M.

る味覚情報伝達分子の発現. 生理研研究会「細胞Schaffner, L. M. Fedigan, S. Kawamura, H. Imai

センサーの分子機構・相互関連・ネットワーク(2014) 新世界ザルの苦味受容体 TAS2R1 およびTAS2R4 のリガンド感受性の種間差と進化. 第8.

Y. Toda, T. Nakagita, T. Hayakawa, S. Okada, M.

52 回生物物理学会年会（札幌）Narukawa, H. Imai, Y. Ishimaru, *T. Misaka (2013)

権田彩, 松村秀一, 斎藤正一郎, 郷康広, 今井啓

Two distinct determinants of ligand specificity in雄(2013) マーモセット盲腸における味覚情報伝

T1R1/T1R3 (the umami taste receptor). J Biol Chem.

達分子群の発現解析. 第 29 回日本霊長類学会・288(52):36863-36877

日本哺乳類学会 2013 年度合同大会 (岡山)
9.

2.

3.

S. Gonda, *S. Matsumura, S. Saito, Y. Go and *H.

岸田拓士, 今井啓雄, 阿形清和(2013) 鯨類の微Imai. (2013) Expression of taste signal transduction

量アミン受容体（TAAR）遺伝子クラスターの解

molecules in the caecum of common marmoset.

析.日本進化学会第 15 回大会 (つくば)

Biology Letters 9, 20130409 （論文の内容につい10. 早川卓志, 井上英治, K. Koops, 大東肇, 松沢哲ては京都新聞、朝日新聞、産経新聞、中日新聞

郎, 今井啓雄 (2013) チンパンジー野生集団における苦味受容体遺伝子の多様性と進化. 日本等で紹介）
4.

進化学会第 15 回大会 (つくば)今井啓雄、筒井圭 (2015) 霊長類苦味受容体の機能的多様性 比較生理生化学

5.

今井啓雄、筒井圭多様化

誌上発表
1.

*T. Kishida, JGM Thewissen, T. Hayakawa, H. Imai

6.

Letters 1, 9. （論文の内容については読売新聞、朝日新聞で紹介）

早川卓志、今井啓雄(2013) 霊長類苦味受容体の64, 430-431(2013) チンパンジーにおける苦味感覚の地域差と進化 「生物の科学 遺and K. Agata (2015) Aquatic adaptation and theevolution of smell and taste in whales. Zoological

生体の科学

32, 24-29

伝」67, 418-424
7.

今井啓雄、鈴木南美(2013) 生息環境に応じた感覚受容体の機能進化「生物物理」53, 194-197