【研究分野】生物分子化学

【研究領域課題番号】17H06112 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

セレブロン(CRBN) / サリドマイド / CRBN作動薬 / 脳発生 / iPS細胞 / 神経幹細胞 / ゼブラフィッシュ / CRBN / セレブロン / サリドマイド誘導体 / ヒトiPS細胞 / 脳発達 / ヒト型ゼブラフィッシュ / 活性発現の分子機構 / 活性発現の分子構造 / 脳・神経 / 発生・分化 / 再生医学 / 生体分子 / 薬学

【研究成果の概要】

サリドマイドの標的因子セレブロン(CRBN)が、発生過程における脳の神経幹細胞の増殖・分化に重要な役割を担うことを明らかにし、CRBNの新規基質として、四肢や耳のサリドマイド催奇形性を司るp63を新たに同定した。神経幹細胞を増殖させるCRBN作動薬を探索するため、サリドマイド誘導体にフッ素やヘテロ官能基を導入した100種以上の新規化合物の合成に成功し、ゼブラフィッシュおよびヒトiPS細胞由来の神経幹細胞を用いて、増殖亢進活性の高い新規CRBN作動薬を同定することに成功した。CRBN作動薬の薬効に関わる制御因子や新規基質タンパク質を同定し、新規CRBN作動薬の臨床応用に向けた段階に発展している。

【研究の社会的意義】

サリドマイドとCRBNによる脳発生と四肢催奇形性の分子機構を明らかにしたことで、サリドマイドの副作用を抑えた新薬の開発が可能となった。また、様々なサリドマイド誘導体の合成に成功し、ゼブラフィッシュおよびヒトiPS細胞を用いた活性の評価系を確立して神経幹細胞の増殖亢進活性の高い候補化合物4種を見出すことに成功したことで、分子構造から創薬を考えるアプローチが極めて有効なことが明らかになった。また、CRBN作動薬の制御因子や新規基質を同定し、得られた候補化合物が、ヒト神経幹細胞の増殖・分化を制御する脳神経疾患の新たな治療薬として、応用展開が可能であることが示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2020-03-31

【配分額】181,090千円 (直接経費: 139,300千円、間接経費: 41,790千円)

【研究分野】動物生理・行動

【研究領域課題番号】26440184 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / シグナル伝達 / 生体分子 / 生理学 / 発生・分化 / 非神経性アセチルコリン / オルガノイド / 腸幹細胞 / コリン作動系 / 腸上皮 / 腸オルガノイド / ニコチン性アセチルコリン受容体 / 腸上皮幹細胞

【研究成果の概要】

研究代表者は腸オルガノイド培養系を用いて、腸上皮細胞内ACh産生系が存在すること、及び腸上皮にある内因性AChが代謝型ムスカリン性ACh受容体（mAChRs）を介して腸幹細胞の分化・増殖、維持機構に関与することを突き止めた。さらに、「多段階質量分析イメージング」（MS/MS測定）を応用することにより、ごく微量のAChを腸組織切片から直接検出し、腸上皮組織にAChが分布していることを初めて可視化することに成功した。本研究により、非神経性AChが細胞分化、組織形成に関与しているという今までほとんど研究のターゲットにされなかったAChの新規生理学的役割をin vitroで明らかにすることに成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】22580097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

きのこ / 光受容体 / 形態変化 / シイタケ / 子実体形成 / 光応答 / バイオインフォマティクス / 遺伝子発現 / 次世代型DNAシーケンサー / 遺伝子 / ゲノム / 応用微生物 / シグナル伝達 / 生体分子 / 農林水産物 / 発生・分化 / 子実体

【研究成果の概要】

きのこの子実体形成には光が必要である。シイタケの光受容体遺伝子 Le.cry は、担子菌初のクリプトクロム型光受容体をコードしていた。その産物Le.CRY の解析 の結果、青色光領域を吸収し子実体形成に関わることが示唆された。プロテオーム解析の結果、 リン酸化や糖鎖付加などの翻訳後修飾を介して、子実体形成に関わる代謝経路やシグナル伝達 経路が存在することが分かった。トランスクリプトーム解析の結果、光応答遺伝子群を網羅・ 同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】21249051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 循環器・高血圧 / 生体分子 / 脳・神経 / 発生・分化 / 心臓 / 心不全 / 白血病抑制因子 / LIF(白血病抑制因子) / 循環器 / 高血圧 / 発生分化 / 交感神経

【研究成果の概要】

心不全では、全身の交感神経活動が亢進することが知られているが、逆説的に交感神経終末から分泌されるノルエピネフリンの心筋内含量は減少している。この現象が交感神経の副交感神経化によるものかどうかを検証するために研究を行った。結果、交感神経を副交感神経に変換する因子として知られる白血病抑制因子とカルジオトロフィン-1の発現が、不全心筋において増加し、これらの因子により、心臓を支配する交感神経が副交感神経に分化転換することが明らかになった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】20670002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カルシウム / リン酸化 / 突起伸展 / シナプスから核へのシグナリング / 脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

「経験」に基づく情報を、神経回路内に長期的に「書き込む」シグナル伝達機構については多 くの謎が残っている。本研究課題を通じ、(1)神経突起の形態制御を司る新たなCaMKK-CaMKカスケード、(2)シナプス活動が新規遺伝子発現を引き起こすメカニズム、(3)神経活動によって誘導され た遺伝子産物がシナプスを修飾する逆シナプスタギング機構、等を解明し、「経験」が神経情報 として神経回路に貯蔵される仕組みを世界に先駆けて明らかにした。

【研究種目】若手研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】104,780千円 (直接経費: 80,600千円、間接経費: 24,180千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】19300126 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

Rho依存的アクチン制御ならびに神経活動依存性アクチン再編成と、神経回路網のダイナミックな機能再構築との間の関係については、まだ未解明な点が多い。そこで本研究計画においては、大脳皮質細胞、および小脳プルキンエ細胞の突起形態形成においで、活動依存性Ca^<2+>流入と低分子量G蛋白・アクチンシグナル経路がどのようにクロストークするか、という点を集中的に明らかにする。
これまでの研究に引き続き、本年度に入ってから、特に以下のことを明らかにした。
1.大脳皮質細胞において、膜挿入型CaMKであるCLICK-III/CaMKIgammaのアイソフォームの形態形成能を探索したところ、細胞質局在型のCaMKIα依存的に軸索形態の変化が制御されることを明らかにした。さらにこの形態変化の上流に位置する神経細胞形態誘導因子を複数同定し、各々の下流で活性化される低分子量GTPaseを明らかにした。本成果は、Ageta-Ishihara et al.として投稿準備中である。
2.海馬錐体細胞形態形成過程においては、アクチン制御が神経活動によって発生するカルシウム流人と相加的に作用することを先に報告したが、小脳プルキンエ細胞樹状突起においては、全く逆に、活動依存的Ca^<2+>流入とアクチン重合活性化が拮抗的に働く可能性を見出した。
この段階で、平成20年度若手研究(S)が採択されたため、本研究課題を廃止することとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】19659065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

細胞は試験管とは異なり、化学反応が局所的におこる。自由拡散している酵素と基質が確率的に出会うのではなく、数十nm四方の「ミクロドメイン」に濃縮された関連分子の間で効率よくシグナルが共役・伝達されている。然るに、この「マイクロドメイン」内における代謝反応論・酵素学はこれまでほとんど明らかにされていない。
本研究では、神経可塑性発現や神経回路形成に際し、膜ミクロドメインや微小突起レベルで制御される蛋白リン酸化反応が必須であることを手がかりに、単一シナプスおよびその近傍において生じるリン酸化反応を定量し、また突起制御に貢献する蛋白蛋白相互作用を可視化し、さらにウィルスベクター等を応用し、多数の酵素反応を同時定量したり、細胞種特異的定量を可能にする基盤技術の創成を試みる。このような計画に基づき、以下のような基盤技術を確立した。
1.CaMKIgamma/CLICK-IIIの膜状自己凝集化をFRETによって有意に検出することに成功した。本成果は、Takemoto-Kimura, et. al.としてNeuron誌に発表した。
2.単一シナプスを刺激して、その近傍でCa2+上昇やキナーゼ活性上昇などをリアルタイムで可視化するUV uncaging FRETシステムを完成させた(Fujii, et. al.投稿準備中)。
3.京都大学工学部森研究室との共同研究で、アクティブゾーン蛋白RIMlaと電位依存性カルシウムチャンネルのシナプス終末における共局在を定量することに成功した(Kiyonaka, et. al.Nature Neurosci. 2007)。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2007

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】18650101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 発生・分化 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子

【研究成果の概要】

本研究を通じ、神経可塑性を担うシグナル分子が、シナプス蛋白複合体内で、あるいは単一スパインや単一シナプス近傍にて、どのように挙動するかを可視化・定量測定する新規技術を開発することを試みた.
まず樹状突起スパインに存在するCaMKIIとその類縁キナーゼについて、スパインやミクロドメイン内相互作用を検出できるFRETプローブ作成を行った。その結果、脂質ラフト近傍におけるCLICK-III/CaMKIgammaの分子間相互作用やCaMKIIとArcのスパイン内相互作用を定量的に計測することに成功した(Takemoto-Kimura et al.改訂中).また、PSD局在が報告されているにCaMK類似キナーゼがCREB転写を抑制的に制御する機構を明らかにした(Ohmae et al.,J. Biol. Chem.2006).さらに、プルキンエ細胞スパインにおけるアクチン動態の可視化を実施し、これに基づき新たな制御因子の探索を実施した(Fuse et al.準備中).
共同研究においては、我々の開発したEGFP-actinプローブを用い、東京医科歯科大学岡部繁男研究室と共同で、アクチン線維と興奮性シナプス機能分子複合体の相互作用を単一スパインレベルで解析した。(Kuriu et al. J. Neurosci.,2006).一方、シナプスでのカルシウムチャンネル局在制御について京都大学工学部森泰生研究室と共同で探索し、RIM1がカルシウムチャンネルとの相互作用により、プレシナプスへ集積する機構を明らかにした(Kiyonaka et al. Nature Neurosci. inpress).

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】眼科学

【研究領域課題番号】18591930 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

移植・再生医療 / 細胞・組織 / 生体分子 / 発現制御 / 発生・分化

【研究成果の概要】

SJS等の角膜上皮幹細胞疲弊症に対する眼表面再建術の際に摘出した組織から新鮮凍結組織切片を作成し、免疫組織学的にTNC分子の発現を検討した結果、TNCタンパクが結膜下に多量に沈着していることが判明した。TNC遺伝子のプロモーター解析のために、レポーターコンストラクトを作成して、角膜上皮を用いて遺伝子発現を検討したところ、創傷作成、機械的ストレスでTNC遺伝子の誘導がかかることが判明した。TNCはFNコートの培養に加えた場合、細胞の形態に変化を生じる(Focal adhesion kinaseの発現の低下)が、細胞増殖能には変化がないことが、判明した。また、角膜上皮テネイシンノックアウトマウスの角膜上皮、コンジェニックマウスの角膜上皮から初代培養細胞を作成し、羊膜上に培養することで、形態学的な差異およびβカテニンタンパクの発現を免疫組織染色で検討したところ、テネイシンノックアウトマウスから作成した上皮細胞にはβカテニンの局在に極性が見られなかったのに対し、コンジェニックなワイルドタイプマウスでは上皮下にTNCタンパクの沈着が見られるとともにβカテニンが基底膜側に偏在して発現がみられ、細胞極性の形成に貢献していることが示唆された。以上の結果から、角膜上皮に強いストレスがかかった際のレスキュー分子としてTNCが発現し、TNC分子自体は上皮細胞の極性形成を通じて、上皮細胞の恒常性維持に貢献していると考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】4,010千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 510千円)