【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】16K14673 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

lncRNA / 細胞分裂 / 次世代シークエンス / 紡錘体 / 中心体 / 遺伝子 / 核酸 / 癌 / 生体分子

【研究成果の概要】

近年、非コードRNA（lncRNA）が様々な生理現象に関与していることが明らかにされてきた。過去の知見から中心体-分裂期紡錘体の形成に関与するlncRNAの存在は実験的に示唆されていたが、その同定には至っていなかった。本研究では、中心体-分裂期紡錘体系に局在するlncRNAを生化学的手法と次世代シークエンスを融合することで網羅的に同定することを試みた。結果として、分裂期紡錘体形成に関与するlncRNAを一つと中心小体先端部の形成に関与するlncRNAを一つ同定することに成功した。現在は、lncRNAが中心体機能をどのように制御することで紡錘体形成に関与しているか解析を進めている。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】16H06168 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

中心体 / 中心小体 / 細胞分裂 / 細胞生物学 / 遺伝子 / 癌 / 生体分子 / 蛋白質

【研究成果の概要】

本研究では、中心体複製における重要なプロセスである中心小体構築の分子機構に主眼を置き、その初期過程において微小空間で働く分子の機能解析を行った。その結果、初期過程で構築される土台構造であるカートホイールが形成される意義の一端を明らかにした。さらに中心小体周辺のマトリックス構造が形成される為に必要な分子複合体の同定に成功し、その複合体によって分裂期におけるマトリックスの拡大と中心小体間の結合が制御されることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究では、新しいタンパク質分解システムを導入することで、中心小体の基底部であるカートホイール構造の生理的な役割を包括的に明らかにした。また、中心小体と周囲のマトリックスの相互関係を明らかにすることができた。このような意味で本研究は方法論的にも新しい概念的にも当該分野に対する波及効果は高いものと期待している。また、本研究で解析した因子は小頭症を含む遺伝子疾患の原因遺伝子としても知られていることから、基礎生物学のみならず医学的にも重要な知見である。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】16K14495 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミド化合物 / アミド結合形成反応 / ペプチド / アデニル化酵素 / 求核置換反応 / ポリリン酸キナーゼ / D-アミノ酸 / バイオプロセス / 芳香族カルボン酸アミド / 酵素 / バイオテクノロジー / 遺伝子 / 生体分子 / 脂肪酸アミド / 生理活性

【研究成果の概要】

アミド化合物には生体分子や化成品など有用物質が多く、バイオプロセスによる効率的な合成法の開発が望まれている。研究代表者はカルボキシ基の酵素的アデニル化とアミンの求核置換反応によるアミド化合物合成法を開発している。本研究では本手法を拡張して合成可能なアミド化合物の多様化を検討した。Fatty acyl-AMP ligaseによる脂肪酸アミド合成法、非リボソーム型ペプチド合成酵素のアデニル化ドメインによる芳香族カルボン酸アミド及びD-アミノ酸含有ジペプチドの合成法を開発した。また、ポリリン酸キナーゼを利用した単一酵素によるAMPからのATP再生系を構築し、アミド合成プロセスの低コスト化を達成した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】環境・衛生系薬学

【研究領域課題番号】16H02613 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 細胞・組織 / 遺伝子 / リピドミクス / 遺伝子改変マウス / 疾患

【研究成果の概要】

本研究では、脂質代謝のボトルネック酵素の一つであるホスホリパーゼA2 (PLA2)ファミリーに注目し、各種PLA2サブタイプの網羅的欠損マウスの表現型解析を推進するとともに、リピドミクス解析を展開することで、脂質による健康環境調節とその破綻に基づく病態発症機序の解明を目指した。特に、外部環境との接触の場としての皮膚及び消化管の恒常性と疾患に関わる脂質経路の同定、その影響を受ける代謝・免疫等の遠隔組織の変容、更に外因性・内因性脂質の集積の場である生体膜リン脂質環境の新規調節機構を中心課題として解析を展開し、健康環境整備における脂質の新機能を明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究の最大の特色は、解析手段としてPLA2関連リパーゼ分子群の欠損マウスのラインナップを揃えている点にあり、これを駆使することで、各種疾患における多様なPLA2脂質経路の機能を明らかにしてきた。多系統のPLA2欠損マウスを総合的に比較するアプローチは世界に例を見ず、その学術的独創性、新規性、優位性は明らかである。本研究は、様々な疾患に関して脂質の視点から新たな学術的理解を与えるとともに、新しい知的財産の取得や疾患の治療予防法の開発に資するものである。更に、安全な食及び健康長寿社会の実現への貢献、広範な生命科学研究への波及効果が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円)

【研究分野】神経生理学・神経科学一般

【研究領域課題番号】15K14309 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス伝達 / 可塑性 / カルシウム

【研究成果の概要】

これまで機能がほとんど解明されていないカルシウム動態調節分子の役割を明らかにすることを試みた。この分子のシナプス部位特異的遺伝子改変マウスを作製し機能解析を行った。海馬スライス標本を用いた電気生理学的解析においては、シナプス後部特異的な分子Ａ欠損マウスでは長期増強が有意に減弱し、シナプス前終末特異的分子Ａ欠損マウスでは、低頻度持続刺激によるシナプス応答が増大することを見出した。行動実験においては、分子Ｂ欠損マウスにおいて、異常がある可能性を見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】病態医化学

【研究領域課題番号】15H04703 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピゲノム制御 / がん / ERK / MAPキナーゼ / CtBP / 転写制御 / シグナル伝達 / 遺伝子 / 癌 / 発現制御 / リン酸化 / 生体分子 / EMT

【研究成果の概要】

ERK経路は細胞増殖を司る情報伝達経路であり、その異常な活性化が発癌を導く。これまでにERKの基質として複数の分子が同定されているが、未知の基質も数多く存在すると考えられており、その解明は癌克服の観点からも重要である。本研究において我々は、ERK基質分子の網羅的な探索を行い、MCRIP1を始めとする複数の新規分子を同定することに成功した。さらに、ERKによるMCRIP1のリン酸化が、転写抑制共役因子CtBPの機能制御を介して、E-カドヘリンの発現と上皮間葉転換を調節していることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】26289318 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオテクノロジー / 遺伝子 / 酵素 / 生体分子 / 生物・生体工学 / ペプチド / アミド化合物 / 酵素工学

【研究成果の概要】

多様な機能を有するアミド化合物の中でも、抗体に代わる中分子医薬品として注目されているペプチドには、血圧降下作用をはじめ抗酸化や抗疲労さらには呈味性を有するものなど多く、効率的なペプチド合成法の開発が望まれている。研究代表者は、無保護のアミノ酸から任意のジペプチドを合成可能な新規酵素を多数取得しており、それらを利用して塩味増強効果を有するジペプチドの探索や酵素の機能改変による効率的な合成プロセスを開発した。一方、汎用性のあるアミド化合物の新規合成法も開発しており、合成可能なアミド化合物の多様性を拡張した。併せてAMPやADPからのATPの再生系を構築し、プロセスの低コスト化を達成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】25670032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 遺伝子 / 組織・細胞 / 遺伝子改変マウス / メタボローム / 病態 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

本研究では、機能未知のPLA2サブタイプであるPNPLA7がリゾホスファチジルコリン (LPC)→グリセロホスホコリン（GPC）の代謝を担うリゾホスホリパーゼとして働くことを見出した。リゾホスホリパーゼは従来、細胞膜溶解性のLPCを消去する解毒酵素として認識されており、その実体やGPC産生酵素としての意義は着目されていなかった。本研究は、申請者が独自に樹立したPNPLA7欠損マウスを解析した。その結果、PNPLA7は膜リン脂質からのGPCの産生を通じて肝臓のコリン・メチオニン代謝を制御する重要な分子であることを明らかにした。本研究は，リゾホスホリパーゼの生理的意義を解明した初めてのものである。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】25293073 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御 / メチル化 / 長鎖非コードRNA

【研究成果の概要】

我々はcyclin D1遺伝子プロモーターから転写される非コードRNA(プロモーター由来ncRNA-D)が、RNA結合タンパク質TLSとの結合を介してその遺伝子発現を抑制することを示した(Nature 454:126-30,2008)。TLSはpncRNA-Dの5末端側32-62を標的としていた。この領域は3末端側でステム-ループ構造をとるが、TLSは5末端32-44の直鎖状部分に強く結合していた。さらに、HeLa細胞の高浸透圧処理により、pncRNA-Dのアデノシン特異的メチル化が低下すると、逆にTLS結合が上昇した。現在、TLSのメチル化とRNA結合についても鋭意解析を進めている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】24390021 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 脂質 / 生体分子 / 遺伝子 / 組織・細胞 / 遺伝子改変マウス / リピドミクス / 病態 / 細胞・組織 / 分子生物学 / ホスホリパーゼ / ノックアウトマウス / リン脂質 / 脂肪酸

【研究成果の概要】

本研究では、機能未知のホスホリパーゼA2（PLA2）分子種の欠損マウスを作出導入し、各PLA2が関わる生命応答を明らかにすること（機能的脱オーファン化）を目指した。その結果、 (1)sPLA2-IIEはリポタンパク質代謝を介して肥満の調節に関わること、(2)sPLA2-XIIAは組織マスト細胞の活性化と獲得免疫応答に関わること、(3)PNPLA7/iPLA2θは肝臓のコリン代謝の制御を介して全身の代謝調節に関わること、(4)PNPLA1/ iPLA2κはセラミド代謝を介して皮膚バリア機能に関わることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】神経科学一般

【研究領域課題番号】23220008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 生理学 / 生体分子 / 脳・神経 / 遺伝子 / シナプス / 可塑性 / 海馬

【研究成果の概要】

シナプス前終末の細胞内小器官に存在するカルシウム動態を調節する複数の機能分子の役割を明らかにするために、それらの分子の遺伝子改変マウスを用いて興奮性シナプス伝達を解析したところ、シナプス前性のシナプス可塑性に異常があることを見出した。また、神経伝達物質放出を制御する蛋白複合体と相互作用するシナプス前分子の機能解析を行ったところ、神経伝達物質の放出の制御とシナプス前終末内のシナプス小胞の動態に関与することが明らかとなった。さらに、シナプス前終末に存在する蛋白リン酸化酵素によるリン酸化により、シナプス前性の短期シナプス可塑性が修飾されることを見出した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】214,500千円 (直接経費: 165,000千円、間接経費: 49,500千円)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】23229001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / 遺伝子 / シグナル伝達 / Ｇタンパク質 / 小胞輸送 / 栄養センシング / 生体分子 / Ｇサイクル / Ｇ蛋白質 / G蛋白質 / Gサイクル / ゲノムプロジェクト

【研究成果の概要】

Ｇ蛋白質は、GDP/GTP結合型のコンホメーション転換（Ｇサイクル）により、細胞の様々なシグナル伝達系で分子スイッチとしての役割を果たしている。本基盤研究(S)では、これまでに解析の進んだ刺激依存活性化型とは異なる、特異な生化学的特性や構造を有する新奇のＧ蛋白質群を対象に、それらの存在様式・作動原理を細胞レベルから個体レベルに至るまで広範な階層で解析した。これらの新奇Ｇ蛋白質群のＧサイクルは、リソソームの形成・成熟やエンドサイトーシス・エキソサイトーシスといった細胞内小胞輸送経路で機能していることを新たに見出し，Ｇ蛋白質が果たす生理的役割の拡大に貢献した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】225,810千円 (直接経費: 173,700千円、間接経費: 52,110千円)

【研究分野】神経内科学

【研究領域課題番号】23659461 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御

【研究成果の概要】

RNA 結合タンパク質 TLS は筋萎縮性側索硬化症(ALS)の原因遺伝子として報告された。 この ALS 変異型 TLS には、アルギニン特異的(ARG)メチル化酵素 PRMT5 の結合が消失していた。そこで、変異型 TLS は ARG メチル化消失とそれに伴うタンパク質結合の異常から、不溶性凝集体を形成して ALS を発症する仮説を立てた。本研究の目的は、この仮説の検証と変異型 TLS の PRMT5 結合を回復させる RNA リガンド作成である。今回、TLS の ARG メチル化機構の詳細を明らかにし、RNA リガンド候補を得ることに成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】22380072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食品 / 遺伝子 / 生体分子 / 味覚

【研究成果の概要】

食品の味はその価値を決定づける重要な因子である。近年同定された味覚受容体の機能解析により、官能評価に依らない味物質の評価が可能となり、詳細な味物質受容メカニズムも解析可能となってきた。我々は、ヒト甘味受容体を安定発現する細胞株を構築し、甘味感覚を計測しうる細胞系の構築にすでに成功した。本研究では、当該細胞株をはじめとする味覚受容体発現細胞を用いて、味の相乗・相殺のメカニズムを解析しようとする研究である。従来の官能評価によって甘味の相乗効果を有すると報告された物質を中心に、甘味受容体に対する増強作用自体によって、相乗効果を説明しうるかどうかについての検証を行った。
まずヒト甘味受容体発現細胞を蛍光カルシウム指示薬にて標識し、味物質投与後の経時的な細胞応答を蛍光イメージングによって解析した。甘味物質としてはスクロースを、味物質に添加する添加物としては官能評価の知見から味覚応答に対して影響を与えうるという知見のある人工甘味料を用いた。人工甘味料はそれ自身がヒト甘味受容体を活性化しうるので、あらかじめ濃度応答関係について計測を行い、単独では応答を与えない極めて低い濃度を設定した。設定した濃度にてスクロースと混合して投与を行ったところ、低濃度の添加であるにもかかわらず、スクロースに対するヒト甘味受容体発現細胞応答を有意に増加させるものが見つけられた。応答増強効果は人工甘味料の種類によって具なっており、単なる相加効果ではなく、相乗効果を有すると判断されたものも存在した。今後は点変異を導入した受容体を用いることで、相乗効果の発生メカニズムについて検討を行っていく。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)

【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】分子生物学

【研究領域課題番号】22687014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核酸 / 蛋白質 / 発現制御 / 生体分子 / 遺伝子

【研究成果の概要】

siRNAやmicroRNAなどの小分子RNAは、Argonauteと呼ばれるタンパク質とRISCと呼ばれるエフェクター複合体を形成して機能する。本研究では、小分子RNA二本鎖をArgonauteに取り込まれる際に、Hsc70/Hsp90を中心とするシャペロンマシナリーの働きが必須であることを示し、さらに、シャペロンを含む7つの因子によってRISCの形成過程を試験管内で再構成することに成功した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】22390057 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酵素 / 遺伝子 / 核酸 / 生体分子 / 発現制御

【研究成果の概要】

我々は、 cyclin D1 遺伝子プロモーターから転写される(promoter-derived noncoding: pnc)RNA が、その発現を抑制することを発見した(Nature 454: 126-30, 2008)。この pncRNA の転写開始点を決定し、pncRNA の転写を誘導するタンパク質の精製を試みた。その結果 DNA 修復系タンパク質 5 種類と核構造体 paraspeckle 構成タンパク質 2種類の合計 7 種類のタンパク質が同定された。この成果は、 pncRNA 転写には DNA 修復系が関与し、転写の場は paraspeckle であることを示唆している。この成果は、ncRNA 転写に新境地を開拓することになる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】21658046 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食品 / 遺伝子 / 生体分子 / 味覚

【研究成果の概要】

食品を実際に摂取した時に感じる味は非常に複雑(すっきり・しつこい等)であり、それを正確に表示するには受容体の活性化強度以外のパラメータによる評価が必要である。本研究では、従来のin vitroの実験において示された味覚受容体活性化の検出に加えて、味の指標となる他の因子を実験的に提示できないかという考えから発想に至った。味物質と味覚受容体との直接相互作用における速度論的パラメーターを求めることで、味物質の呈味持続性を規定する因子を検索しようとする研究である。
前年度の研究によって確立した昆虫細胞発現系を用いて、ヒト甘味受容体の細胞外領域についてリコンビナントタンパク質を得た。受容体タンパク質を表面プラズモン共鳴法による測定に供するため、測定用チップへ固定化を行った。アミノカップリングによる共有結合を介した固定化を行った際には、充分量の受容体タンパク質の固定化は達成されたものの、甘味物質を投与した隣にチップ表面の質量増加が観察されなかった。一方、甘味物質の一つである数種類の甘味タンパク質について、アミノカップリングによるチップへの固定化を試みた。この場合においては、複数の組み合わせにおいて、受容体タンパク質を投与した際にチップ表面の質量増加が観察された。
以上の結果から、味物質と味覚受容体との直接相互作用を観察する際には、味物質側を測定用チップへ固定化する方法が優先されるとの結論を得た。今後多種類の甘味物質を検討するにあたり、各物質ごとの適切な固定化方法の検討が課題として挙げられる。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】20688015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子間相互作用 / 味覚 / 受容体 / 味物質 / センサー / 培養細胞 / 食品 / 遺伝子 / 生体分子

【研究成果の概要】

味物質の受容を行う味覚受容体を利用し、呈味物質に対して安定的な数値を提示する味センサーの作製を行った。最も嗜好される味である甘味を測定するために、ヒト甘味受容体を安定的に発現する培養細胞を作製した。甘味物質を投与した際に観察される細胞内カルシウム濃度変化を蛍光カルシウム指示薬の蛍光強度変化として測定することで、長期間安定的な数値を提示しうる甘味センサー細胞となりうることを示した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円)

【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】分子生物学

【研究領域課題番号】19687011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核酸 / 蛋白質 / 発現制御 / 生体分子 / 遺伝子 / microRNA / Argonaute / RISC / 小分子RNA / small RNA / miRNA / siRNA / 翻訳抑制 / ショウジョウバエ

【研究成果の概要】

我々は、ショウジョウバエAgo1はATP依存的なpoly(A)の短縮化に加えて、cap認識後の段階を阻害するのに対し、Ago2はeIF4EとeIF4Gの相互作用を阻害しcap機能を遮断するというように、Ago1とAgo2によるmiRNAを介した翻訳抑制の様式に大きな違いがあることを明らかにした。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円)

【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】食品科学

【研究領域課題番号】18688005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食品 / 遺伝子 / 生体分子 / 味覚 / 受容体

【研究成果の概要】

近年、甘味・旨味や苦味といった味物質を受容する味覚受容体分子の存在が明らかとなり、味覚組織に発現する多くのGタンパク質共役型受容体が同定されたものの、各受容体に対するリガンドの解明については依然多くについて残されている。本研究課題においては味覚受容体の味物質受容機構の更なる理解のため、受容体の構造機能連関解析を基盤としてその機構を明らかにしようという目的で実施するものである。
哺乳類以外の脊椎動物として魚類を選択し、データーべースより哺乳類由来味覚受容体(T1R・T2Rファミリー)と相同性を持っ配列の検索を行った。培養細胞発現系を用いて受容体候補分子を発現させ、呈味物質投与に対する応答を観察した。その結果、ゼブラフィッシュ・メダカに由来するT1Rを特定の組み合わせで共発現させることにより、L-アミノ酸を受容する受容体として機能することが判明した。受容するL-アミノ酸の種類は発現させる受容体の組み合わせによって異なっており、魚類においてはT1RによりL-アミノ酸を幅広く受容しうることが判明した。
またゼブラフィッシュ由来のT2Rのうち、苦味物質であるデナトニウムを受容するものにっいて、細胞外ループ領域の点変異体を作製してデナトニウム受容能との相関を解析したところ、270番目に位置する残基が酸性アミノ酸である場合にはリガンドを受容するが、負電荷をなくすような変異を導入することによりリガンドに対する応答性が顕著に低下した。この部分はリガンド認識部位と比較的離れていることが想定され、細胞外ループ領域のリガンド受容に関わる新たな機能が推察された。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円)

【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】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】17300116 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 酵素 / 遺伝子 / シグナル伝達 / 生体分子 / カルシウム / キナーゼ / 低分子量GTP結合蛋白質 / アクチン

【研究成果の概要】

本研究では、Rho活性やカルシウム流入のより生じる神経アクチン細胞骨格などの再編成機構と、その下流の生理作用などについて探索した。
まず樹状突起形成・伸展を制御するCaMK分子種を調べた。大脳皮質培養細胞の樹状突起形成は、CaMKIα、CaMKIIやCaMKIVのRNAiでは全く阻害されず、CLICK-III/CaMKIγのRNAiのみ顕著な短縮とRac活性の低下が明らかとなった。さらなる実験から、CLICK-III/CaMKIγ一STEF-Rac経路の重要性が示された(Takemoto-Kimura et al.改訂中)。
続いて、CaMK類似キナーゼであるCLICK-I/DCAMKL1およびCLICK-II/DCaMKL2の樹状突起形態に対する影響を調べたところ、doublecortin領域を有するアイソフォームでは、過剰発現により微小管bundlingを起こすが、アクチン骨格への大きな影響は見られなかった(Ohmae et al. J. Biol. Chem. 2006)。
上記の過程で、lipofection、adenovirus、遺伝子銃による遺伝子導入法の最適化を行い、スパインにおけるPSD-95変異体の機能異常(Nonaka et al.,J. Neurosci.,2006)や、アクチン線維・カルシウム流入による海馬・Purkinje細胞樹状突起における、cortactinやShankの局在変化を明らかにした(Iki et al.,Eur. J. Neurosci. 2005; Fuse et al.準備中)。
さらに、幼弱細胞の移動時にはRho-mDial依存的アクチン骨格再編成により、ApcやSrcの複合体の位置が制御されていることを解明した(Yamana et al. Mol. Cell Biol. 2006)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,100千円 (直接経費: 15,100千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】17659374 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

放射線 / 遺伝子 / 生体分子 / トランスレーショナルリサーチ / Tc-99m / ジーンイメージング / アンチセンス / オリゴヌクレオチド / 遺伝子キャリヤー / 蛍光標識 / 融合イメージ

【研究成果の概要】

本研究は放射能(RI)と蛍光とで二重標識したアンチセンス、または、その類似体のオリゴヌクレオチド(AON)によって、核医学手法と光学的手法とによって得られた融合イメージを用いて、体内にある遺伝子の局在を精確に、非侵襲的に捉える方法を開発することを目的としている。〈RI+蛍光〉標識したAONの生体内での安定性を確認し、次に、目的遺伝子をイメージングするに充分の量だけAONが到達するためのキャリアー物質を選択する。核医学手法と光学的手法とを融合させる基本ソフトを完成させ、「遺伝子局在イメージング」の臨床応用への移行を意図している。
実験モデルとしては、多剤耐性を獲得した腫瘍を植え付けたマウスを用い、対象とする遺伝子は多剤耐性に関係している(mdr)をターゲットとした。最終年度は以下のような研究成果を得た。1.mRNAに対してアンチセンスシークエンスをもつオリゴヌクレオチにRIを標識して、これを特異的に腫瘍に集積させるドラッグデザイン(=プラットフォーム)を開発した(特許申請中)。2.上記のドラッグデザイン(Streptavidin:biotin:peptide:AON:Tc-99m)がmdrを過剰発現する腫瘍へin vitro、in vivoの双方において、特異的に集積することを確認した。3.上記のドラッグデザイン(Streptavidtn:biotin:peptide:AON:蛍光)がmdrを過剰発現する腫瘍へin vitro、in vivoの双方において、特異的に集積することを確認した。4.上記のドラッグデザイン(Streptavidin:biotin:peptide:AON:Tc-99m:蛍光)について検討中である。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)