OPN1LW

L-pigment
long-wave-sensitive pigment
opsin 1 (cone pigments), long-wave-sensitive
OPSR_HUMAN
RCP
red cone photoreceptor pigment
red cone pigment
red-sensitive opsin

長波長感受性オプシン-1遺伝子（OPN1LW）は、人間の色覚において赤色を感知する錐体色素をコードし、これは視覚のための3種類の光感受性色素の一つです。この遺伝子はX染色体上にあり、赤色と緑色を感知するオプシン遺伝子がタンデム配列を形成しています。赤色色素遺伝子は1つのみですが、緑色色素遺伝子は個人によって数が異なります。赤色錐体の感度は最大で560nmに達します。この遺伝子領域の活性化と特異的発現は、遺伝子座制御領域（LCR）によって制御されており、このLCRは遺伝子の発現に不可欠です。

OPN1LW遺伝子は、私たちが色を正しく認識するのに必要なタンパク質を作るための指示を出す遺伝子です。このタンパク質は、目の奥にある網膜という部分に存在しており、光を感じる役割を担っています。網膜には、桿体と錐体という2種類の光受容細胞があり、視覚情報を目から脳へと伝えます。桿体は暗い場所で見るために使われ、錐体は明るい場所での視覚や色を見分ける役割を持ちます。

錐体細胞には3つの異なるタイプがあり、それぞれが異なる色の光に特に敏感です。これは、それぞれの錐体が含む特定のオプシンという色素によるものです。

OPN1LW遺伝子は、特に黄色やオレンジの光（長波長の光）に反応するオプシン色素を作るための指示を出します。この色素を含む錐体は、長波長感受性錐体、またはL錐体と呼ばれます。光を受けると、この色素はL錐体内で化学反応を起こし、細胞の電荷を変化させることで脳へと信号を送ります。脳は、3種類の錐体からの情報を合わせて、私たちが見る色の世界を作り出します。

また、OPN1LW遺伝子はX染色体上にあり、同じくX染色体上のもう一つの遺伝子であるOPN1MWと近くに位置しています。OPN1MW遺伝子は、黄色や緑の光（中波長の光）に敏感なオプシン色素を作ります。通常、人はX染色体上にOPN1LW遺伝子を1コピー、OPN1MW遺伝子を1コピー以上持っています。これらの遺伝子の働きは、LCR（遺伝子座制御領域）というDNAの特定の領域によって調節されます。通常、網膜で活性化されるのはLCRに最も近いOPN1LW遺伝子とOPN1MW遺伝子の最初のコピーで、これにより私たちの色覚が成り立っています。

Blue cone monochromacy 青錐体1色型色覚　303700 XLR　3

Colorblindness, protan 色覚異常1型色覚（赤色盲）　303900 XL　3　

Nathansらによる1986年の研究は、人間の視覚における重要な発見の一つでした。この研究で彼らは、人間が色を認識するのに必要な3つの視覚色素（赤、緑、青）をコードする遺伝子をクローニングし、その塩基配列を決定しました。これらの色素は、目の中の錐体細胞に存在し、異なる波長の光を感知して、私たちが色を見分けることを可能にします。

彼らの研究によると、赤と緑の色素遺伝子は高い相互同一性（96％）を示すが、青色色素遺伝子は赤や緑と比べて43％の同一性しか示さないことが明らかになりました。この遺伝子の相互関係は、赤と緑の色素がX染色体上に位置し、青色色素遺伝子が常染色体上に位置することと一致しています。この位置関係は、色覚異常の遺伝的基盤を理解するのに役立ちました。特に、青色錐体色素の遺伝子の異常は、三色覚異常に関連していることが示されました。

この研究はまた、赤色（プロタン）または緑色（デウタン）色覚異常を持つ男性の遺伝子を研究することで、どの遺伝子が赤色色素を、どの遺伝子が緑色色素をコードするかを明らかにしました。このような色覚異常は、特定の遺伝子の変異によって引き起こされ、赤や緑の色を正確に識別する能力に影響を与えます。

Nathansらの研究は、人間の視覚の分子生物学的基盤を理解するための基礎を築きました。この発見により、色覚異常の診断や治療に向けた研究が進むことになりました。また、この研究は遺伝学、眼科学、神経科学など、多くの科学分野におけるさらなる研究の出発点となりました。

Nathansらによる1986年の研究に基づくと、OPN1LW遺伝子は6つのエクソンから構成されていることが明らかにされました。エクソンは、遺伝子のDNA配列の中で、成熟したmRNAにコピーされ、最終的にはタンパク質の合成に寄与する部分です。OPN1LW遺伝子は、人間の視覚において重要な役割を果たす光受容体である錐体細胞に特異的なオプシンをコードしています。この遺伝子によってコードされるタンパク質は、長波長（赤色）光を感知するのに関与しており、色覚に必要な機能を持っています。Nathansらの研究は、視覚の分子生物学的基盤を理解する上で重要な一歩とされています。

1986年の研究でNathansらは、X染色体上にある二つの重要な遺伝子、OPN1LWとOPN1MWを同定しました。これらは視覚における色の認識に関わる遺伝子で、それぞれ長波長（赤）と中波長（緑）の光を感知します。彼らの発見では、これらの遺伝子がX染色体のq腕の遠位部分に位置しており、密接に連結していることが示されました。

Nathansらの研究では、OPN1LWとOPN1MW遺伝子がG6PD遺伝子とも緊密に連結していることを明らかにしています。この連結は、遺伝子間の物理的な近接性を意味し、X染色体上でこれらがどのように配置されているかを理解する上で重要です。この情報は、色覚異常やG6PD欠乏症など、遺伝子に関連する疾患の研究に役立ちます。

G6PD遺伝子は、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ酵素をコードする遺伝子で、この酵素の活動は主に赤血球内で重要です。G6PD遺伝子の変異はG6PD欠乏症を引き起こし、特定の条件下で赤血球が破壊される溶血性反応を引き起こすことがあります。

OPN1LW遺伝子は、人間の視覚システムにおいて重要な役割を担う光吸収性視覚色素をコードします。具体的には、この遺伝子によってコードされるタンパク質は赤色錐体光色素、または長波長感受性オプシンとして知られています。このオプシンは、視細胞の光受容体活動を可能にし、赤色の光を感知することで、我々が色を識別できる基盤を提供します。

OPN1LWタンパク質は、7つの膜貫通ドメインを持つGタンパク質共役型受容体として構造化されています。これにはN末端の細胞外ドメインとC末端の細胞質ドメインが含まれ、視細胞外分節の光受容体円盤膜および細胞膜に位置していると予測されています。この位置により、光の吸収とそれに伴う視覚信号の伝達が可能になります。

OPN1LW遺伝子はX染色体上にあり、中波長オプシン遺伝子（OPN1MW）とタンデムに配列しています。この配列の特性から、不等間隔組換えや遺伝子転換が頻繁に起こり、これが色覚異常の一因となることがあります。特に、この遺伝子の変異や欠損は、部分的な原色性色覚異常、特に赤色失明や青色錐体単色性を引き起こす可能性があります。

OPN1LW遺伝子の研究は、色覚異常の診断や理解を深めるだけでなく、人間の色覚に関する基本的なメカニズムを解明する上で不可欠です。この遺伝子とそのタンパク質製品に関する知識は、将来的に色覚異常の治療や管理方法の改善につながる可能性があります。

遺伝子機能と色覚の関係についての説明は、生物学と視覚科学の交差点に位置しており、光の認識から色の知覚に至るまでの複雑なメカニズムを明らかにします。以下、その主要なポイントを細やかに解説します。

視覚色素とその構成
オプシンと発色団: 視覚色素は、アポタンパク質であるオプシンと、11-シス型レチナールまたは11-シス型デヒドロレチナールという共役発色団との結合から構成されます。この結合は、光子の吸収により発色団の異性化（11-シスからオールトランスへ）を促し、視覚の初期段階である光の認識を可能にします。
色覚の生物学的基盤
錐体細胞と色覚: 人間の網膜には3種類の錐体細胞があり、それぞれ異なるオプシンを持ちます。この違いにより、各錐体細胞は特定の色の光（赤、緑、青）に対する最大感度を持ち、合わせて私たちの豊かな色覚を形成します。色覚異常は、これらの錐体オプシンをコードする遺伝子の変異によって生じることがあります。
光と生体リズム
光曝露の効果: 光は、血中メラトニン濃度の抑制や概日リズムの位相シフトを引き起こすことがあります。これは、光の強度や曝露時間によって変わりますが、色覚が正常な人だけでなく、色覚異常を持つ人においても同様の影響が見られることが明らかにされています。この事実は、色覚異常の人々も夜間の光に反応してメラトニンの抑制が起こることを示しており、三色覚系が光を介した神経内分泌調節に必須ではないことを示唆しています。
この知見は、視覚色素の生化学的プロセスと遺伝子の役割に光を当て、色を知覚する私たちの能力がどのように遺伝的要因によって形成されているかを理解するのに役立ちます。また、光の生物学的効果に関する研究は、人体の内部時計や健康に及ぼす影響についてのさらなる洞察を提供します。これらの複雑な相互作用を解き明かすことは、視覚科学だけでなく、遺伝学や神経科学の分野においても重要な意味を持ちます。

色覚異常の分子遺伝学における研究は、人間の色覚に影響を与える複雑なメカニズムを解明しています。赤色と緑色の色素遺伝子の配列、数の変動、およびこれらの遺伝子に生じる特定の変異は、色覚異常の多様性を説明する鍵を握っています。

●色素遺伝子の配置と色覚異常
赤色と緑色の色素遺伝子は、X染色体上で頭から尻尾までタンデムに配列されています。この配置は、色覚異常が非相同対形成と不均等交叉によって発生する一因であることを示しています。正常な色覚を持つ人々でさえ、緑色色素遺伝子の数が個人によって異なることがあります。これは色覚の個体差の一因と考えられます。

●視覚色素のアミノ酸と感受性のスペクトルシフト
MWオプシン（緑）とLWオプシン（赤）の間に存在する15個のアミノ酸の違いは、視覚色素の光に対する感受性の差を生じさせます。この差は主に3つのアミノ酸置換（180、277、285の部位）によって引き起こされるスペクトルシフトによるものです。これらの置換は、色素遺伝子の機能的多様性に大きく寄与しています。

●色覚異常における遺伝子変異
特定の遺伝子変異は、色覚異常の直接的な原因となり得ます。例えば、赤色錐体単色症（BCM）を持つ患者から発見された特定の突然変異は、色覚異常の研究における重要な発見です。arg247-to-ter突然変異は、赤色色素遺伝子の機能を損ない、BCMの発症に寄与することが示されています。

●色素遺伝子の数と色覚
NeitzとNeitzによる研究は、Xq28クラスター内の色素遺伝子の数と比率の再検討を通じて、正常色覚の男性が以前考えられていたよりも多くの色素遺伝子を持っていることを示しました。これは、色覚異常だけでなく、正常色覚の遺伝的基盤についても新たな洞察を提供します。

●色覚異常の分子メカニズム
色覚異常の研究は、色覚の分子メカニズムの理解を深めることに貢献しています。色素遺伝子の変異、数の変化、および特定のアミノ酸の役割の解明は、色覚異常の診断、治療、および管理に有用な情報を提供します。また、これらの研究は、視覚生物学および遺伝学の基本的な理解を促進すると同時に、色覚異常を持つ人々の生活の質の向上に貢献する可能性があります。

色覚異常における遺伝子変異は、特定のアミノ酸置換を通じて視覚色素の機能に影響を及ぼします。これらの変異は、色覚異常の特定形態の発症に直接関連していることが多いです。以下は、色覚異常に関連する特定の遺伝子変異のいくつかの例です。

Arg247-to-Ter突然変異（arginine to termination）は、赤色色素遺伝子で見られ、これが存在する場合、タンパク質の翻訳が途中で停止し、機能的な視覚色素が生成されないことになります。この変異は青色錐体単色症（BCM; 303700）と関連があります。

Cys203-to-Arg突然変異（cysteine to arginine）は、赤色および緑色の色素遺伝子の両方に見られる可能性があり、特定のアミノ酸の置換が色覚異常の発生に寄与します。この変異は、BCM発症に関与していると考えられています。

Asn94-to-Lys突然変異（asparagine to lysine）は、緑色色素遺伝子に見られ、色覚に影響を与える可能性があります。この変異は、緑色視覚色素の機能に影響を及ぼし、色覚異常の一因となることが示唆されています。

Arg330-to-Gln突然変異（arginine to glutamine）も緑色色素遺伝子に見られ、このアミノ酸の置換は色覚異常の発症に関与している可能性があります。この変異は、色覚の感受性の変化を引き起こし、特に緑色に対する感受性に影響を及ぼすことがあります。

Gly338-to-Glu突然変異（glycine to glutamic acid）は、赤色色素遺伝子に見られる変異であり、これも色覚異常に関連しています。この置換は、タンパク質の構造や機能に影響を与え、視覚色素の正常な作用を妨げることがあります。

これらの変異は、色覚異常の分子的基盤を理解する上で重要な役割を果たします。各変異は、視覚色素の特定のアミノ酸の置換によって定義され、これらの置換が視覚色素の光感受性にどのように影響を及ぼすかを理解することは、色覚異常のメカニズムを解明する上で不可欠です。これらの知見は、色覚異常の診断、治療、および理解に貢献する可能性があります。

アレリック・バリアント（5例）：ClinVar はこちら

.0001 ブルーコーン単色性
OPN1LW, ARG247TER
Nathansら(1993)は、以前にReitnerら(1991)によって研究された、3人の罹患者を持つ4世代BCM家系の男性発端者(患者「MP」)において、エクソン4にC-T転移を有する単一の赤色色素遺伝子を同定し、arg247からterへの置換(R247X)をもたらした。

.0002 赤色円錐体多型
OPN1LW, SER180ALA
正常範囲内のヒトの感覚の遺伝的変異はおそらく存在するが、通常は適切な方法がないため詳細には調査できない。しかし、光色素の遺伝子型と心理物理学的表現型の両方を高度な技術で評価することができるため、赤緑視覚における微妙な知覚の違いを研究することができる。正常な色覚を持つ男性のカラーマッチは、X連鎖遺伝によって伝達されると思われる2つの主要なグループに分類される。このカラーマッチングの差は、視覚色素の吸収極大のわずかな変化を反映していると考えられ、スペクトルの位置づけが異なる赤色および／または緑色の視覚色素の2つの共通バリアントの存在を示唆している。Winderickxら(1992)は、RCP遺伝子の残基180に共通の単一アミノ酸多型(62% ser, 38% ala)があることを報告し、正常色覚の男性における色一致の分布に2つの大きなグループがあることを説明した。

.0003 青色錐体単色性
opn1lwおよびopn1mw、cys203arg
8人の青色錐体単色症(BCM; 303700)を持つ3世代家族の発端者男性において、Nathansら(1993)はRCPとGCP(300821.0002)遺伝子の両方にcys203-to-arg(C203R)変異を同定した。さらに、14人の血縁関係のないBCM発端者において、Nathansら(1993)はC203R突然変異を持つ単一の5-prime red, 3-prime greenハイブリッド遺伝子を同定した。

Reyniersら(1995)は、RCPとGCPの両方にC203R突然変異が存在することによるBCMの家族を報告した。RCPのエクソン4におけるC203R突然変異のフランキング配列はGCPに特徴的であり、この突然変異が遺伝子転換によってGCPからRCPに移行したことを示している。

Michaelidesら(2005)は、X-連鎖性劣性BCMを分離する英国の家系において、5-prime-L/M-3-primeのハイブリッド遺伝子を1つ同定したが、これはイントロン4内での組換えの結果であり、エクソン4にはC203Rの置換があった。

.0004 色覚異常、プロタン
OPN1LW, GLY338GLU
プロタン色覚異常(CBP; 303900)のある人において、Ueyamaら(2002)は単一赤色色素遺伝子にgly338-to-glu(GGG-to-GAG; G338E)変異を発見した。この突然変異体オプシンは吸光度を示さなかった。

.0005 青色錐体単色性
OPN1LW, EX2DEL
デンマークの青色錐体単色症(BCM; 303700)の家族の発端者において、Ladekjaer-Mikkelsenら(1996)はエクソン4が欠失した単一の赤色色素遺伝子を同定した。同じ欠失が、BCMを持つ母方の異母兄弟とその罹患していない保因者である母親で認められたが、正常な色覚を持つ兄弟では欠失は認められなかった。この欠失は早発停止コドンを生成し、11-シス型レチナールが正常な色素と共有結合するコドン312のリジンを含む、7個の膜貫通αへリックスのうち最後の3個を欠くタンパク質を生じると予測された。

www.omim.org/entry/300822