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御子柴細胞制御プロジェクト

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総括責任者
(現職)
御子柴 克彦
(東京大学医科学研究所教授、理化学研究所脳科学総合研究センターグループディレクター)
研究実施期間 平成7年10月〜平成12年9月

 

1.研究の概要

 外界の刺激が細胞に伝達されると細胞の生理機能を引き起すのに重要なセカンドメッセンジャ−(二次情報伝達物質)が産出される。カルシウムイオン(Ca2+)は細胞内セカンドメッセンジャ−のひとつで、外部からの刺激に呼応し細胞膜上のチャンネルを通じて細胞外から流入したり、細胞内のCa2+貯蔵部位である滑面小胞体から放出されるが、遺伝子の転写、骨格蛋白質の重合・脱重合あるいは細胞接着のほか免疫、内分泌、神経など様々な働きに関与している。また滑面小胞体からのCa2+放出の制御を膜構成成分から生成されるイノシト−ル3リン酸(IP3)などがその受容体を介して担っていることが明らかとなった。
 本プロジェクトは、細胞の多様な生理機能の発現と制御に関与する滑面小胞体を中心とした細胞内膜系の動態の分子機構、細胞制御に関わる機能分子の働きを検討する。また神経系の可塑性、遺伝子の発現、細胞の分裂・分化におけるCa2+の役割などを種々の手法により解析するが、カルシウムイメ−ジング法によって生体内でのCa2+動態を調べ、Ca2+による情報伝達分子機構を解明し、またCa2+の動員に関与する機能分子の改変とノックアウトマウスを作成し、情報制御系の異常を個体、細胞、分子レベルで解析すると共に、機能分子の異常による疾患のモデル動物を探索する。また、最近開発された、特定分子を局所的に不活性化することのできるクロモホア介助レ−ザ−分子不活性法(CALI)を導入するほか、CCDカメラや共焦点顕微鏡を組み込んだイメ−ジングと電気生理学の同時記録による高速度、高解像度の画像解析装置を開発するなど新しい研究手法の確立も目指す。

2.研究体制と参加研究者
 
○研究体制
機能分子・膜動態グループ  【神経シナプス形成に関わる分子制御機構、IP3Rの分子間相互作用の研究】
(東京都文京区/理研駒込分所内)
Ca2+動態・生理機能グループ  【神経シナプスの可塑性、卵割、初期発生におけるカルシウムの役割に関する研究】
(東京都文京区/理研駒込分所内)
細胞機能分子制御グループ  【カルシウムに関する機能分子の改変、特異的遺伝子欠損固体の作成と解析】
(茨城県つくば市/理研ライフサイエンス筑波研究センター内)
○参加研究者(グループリーダー、研究員)    (  )内は発足時からの通算
企業 大学・国研等 外国人 個人参加 総計
0(  2) 0(  0) 0(  0) 7( 10) 7( 12)

3.研究成果の概要
 
○特許出願件数
国内 海外
0 0 0
○外部発表件数(論文・口頭発表)
国内 海外
論文 1 6 7
総説・書籍 8 1 9
口頭発表 21 23 44
30 30 60

【発表主要論文誌】
  Science / The Journal of Cell Biology / Biochemical Journal

主な研究成果
 
 
1) 神経シナプス形成に関わる分子制御機構
 神経細胞の成長円錐中心部にはイノシト−ル3リン酸受容体(以下、IP3R)が豊富に発現している。この受容体は細胞内セカンドメッセンジャ−であるIP3の受容体であるばかりでなく、同時に細胞内カルシウムストアにおけるカルシウムチャンネルである。この分子の薬理学的阻害実験とCALI法による神経突起の抑制が見いだされ、この受容体分子を介するカルシウム放出が神経成長を調節することが発見された。
2) IP3Rの分子間相互作用
 1,4,5 イノシト−ル3リン酸受容体(IP3R)とそのリガンドであるイノシト−ル3リン酸(IP3)との相互作用を表面プラズモン共鳴センサ−を用いて、実時間解析を行った。両者は、1.2×106M-1S-1の結合速度定数と、1S-1の解離速度定数で構成される相互作用をし、NaCl、pH、Ca2+などによって強くその反応性は支配されていることがわかった。
3) IP3Rタイプ1欠損マウスにおけるT細胞受容体シグナリング
 T細胞受容体シグナル伝達系におけるIP3Rタイプ1の役割を、IP3Rタイプ1欠損マウスを用いて解析した。その結果、これまで提唱されてきたメカニズムとは異なり、T細胞において、IP3Rタイプ1は必須ではなく、タイプ2とタイプ3のみでもT細胞は正常に分化し、機能することが明らかになった。
4) 卵割期アフリカツメガエル胚の分裂溝におけるカルシウム波とその抑制
 アフリカツメガエル卵の卵割の際に分裂溝形成後、分裂溝に沿ったカルシウム波が観察された。これは細胞外カルシウム非依存的であり、またIP3Rの阻害剤であるヘパリンによって抑制された。
5) アフリカツメガエル胚における腹側化シグナルとしてのIP3受容体
 IP3Rは細胞内貯蔵部位からCa2+を放出するチャネルであるが、胚形成におけるIP3誘起Ca2+放出(IICR)を調べるためIICRを阻害するモノクロ−ナル抗体を作成し、アフリカツメガエル初期胚の腹側に注入したところ中程度に背側への分化が見られた。IICRの阻害能と、異所性の背側軸誘導の頻度が相関することから、IP3Ca2+シグナル系が、腹側化に重要な役割を担うと考えられる。
6) 小脳、海馬におけるIP3Rの役割
 小脳についてIP3受容体欠損マウスのスライス標本を用いて長期抑圧(LTD)の形成を調べたところ、通常のLTD誘導刺激より少し上の誘導刺激を与えると野生型ではLTDが誘導されたが、ホモではLTDが誘導されなかった。またIP3受容体のモノクロ−ナル機能抗体を細胞内に注入して同様の実験を試みたところ、やはりLTDの誘導は阻止された。このことからIP3受容体の活性がLTDの形成に貢献していることが判明した。また紫外線を投射するとIP3を放出する標識を細胞内に注入することによってIP3受容体の活性が十分減少していることも確かめられた。
 また海馬では同欠損マウスでは長期増強(LTP)の上昇が見られた。この上昇の原因を調べるとグルタメ−ト受容体のサブタイプであるNMDA受容体やKチャンネルの電気生理学的特性が変化していることがわかった。リアノヂン受容体3型欠損マウスでもIP3と同様にLTP上昇が認められたがリアノヂン3型欠損マウスのLTP上昇の機構はIP3の場合とは異なっていることが判明した。リアノヂン3型欠損マウスでは、少ないカルシウムの流入においてもLTPが形成されることがわかった。このことからリアノヂン受容体は通常LTPの形成を抑制する作用をもっていることがわかった。


This page updated on December 8, 1999
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