Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

線中 / 化学走性 / 行動可塑性 / Ras-MAPキナーゼ / シグナル伝達 / 嗅覚順応 / 線虫 / インシュリン

Ras-MAPキナーゼ(MAPK)シグナル伝達経路は細胞外からのシグナルを伝え、細胞の増殖、分化を制御する主要なシグナル伝達経路として有名である。しかし、近年、このシグナル伝達経路の神経系におけるこれとは異なった機能、特に、神経可塑性や学習における機能が注目されている。しかし、その機能の詳細は未だ明らかでない。本研究は、遺伝学的、解剖学的、行動学的な利点の多い線虫C.elegansを用いることにより、Ras-MAPK経路の神経系における機能を解明することを目指して行われた。
我々は以前に、線虫のMAPキナーゼ(MAPK)が匂い刺激により嗅覚神経内で迅速に活性化されること、また、Ras-MAPK経路の嗅覚神経における機能が効率よい嗅覚受容に必要であることを明らかにしている。本研究ではこの発見をさらに推し進め、Ras-MAPK経路が嗅覚順応にも重要な機能を果たすことを明らかにした。まず、新たな嗅覚順応のアッセイ系を開発し、これを早期順応と呼ぶこととした。早期順応においては、線虫を5分間、匂い物質に曝すことにより、線虫のその匂いへの応答(化学走性)が顕著に低下する。Ras-MAPK経路の複数の変異体が早期順応に著しい欠損を示した。興味深いことに、この順応現象は単一の嗅覚神経内でのダウンレギュレーションのメカニズムにより起こるものではなく、神経回路に依存した可塑性であった。すなわち、この順応には複数の嗅覚神経から入力を受ける介在神経である、AIY神経の機能が必須であった。5分間の匂い刺激により、嗅覚神経のみならずAIY介在神経においてもMAPKが活性化されることが確認された。さらに、Ras遺伝子の細胞特異的発現実験により、AIY神経におけるRasの機能が嗅覚順応に重要であることが分かった。これらの結果より、Ras-MAPK経路は嗅覚神経で働いて嗅覚受容に関わる一方、嗅覚刺激に対する線虫の可塑的な応答を介在神経レベルで調節していることが明らかとなった。

線虫 / C.elegans / let-60 / 神経系 / 揮発性誘引物質 / Ras-MAPキナーゼ系 / 嗅覚 / 化学走性 / 環状ヌクレオチド依存性チャネル / 可塑性 / 嗅覚抑圧

線虫の化学走性とその可塑性についての研究を行った。平成11年度の本研究では、線虫のRas-MAPキナーゼ信号伝達系に異常のある突然変異体が揮発性物質への化学走性に異常を示すことを見いだした。Ras-MAPキナーゼシグナル伝達系は多くの真核生物で細胞の増殖や分化を制御することがよく知られている。一方、成熟した神経系におけるこのシグナル伝達系の機能が最近注目されているが、十分な理解には至っていない。線虫C.elegansのRasであるlet-60の機能欠失型変異、活性化型変異のいずれもが匂い物質に対する化学走性に欠損を示した。Rasの下流のMAPキナーゼ系の各因子の変異によっても同様の欠損が見られた。また、let-60の活性化型変異は下流のMAPキナーゼ系の因子の機能低下型変異によって抑圧された。ヒートショックプロモーターや細胞特異的プロモーターによるlet-60の発現実験により、発生の過程ではなく、成虫の嗅覚神経でRasが機能することが明らかとなった。また、活性化型MAPキナーゼに対する抗体を用いた組織染色により、匂い刺激により嗅覚神経でMAPキナーゼが活性化されることがわかった。この活性化は、匂い刺激後10秒という短時間で起こった。さらに、このMAPキナーゼの活性化は匂い刺激の受容に関わるGタンパク質ODR-3、サイクリックヌクレオチド依存チャネルTAX-2/TAX-4、電位感受性カルシウムチャネルUNC-2の各欠損変異では起こらなかった。これらのことから、Ras-MAPキナーゼ系はおそらく嗅覚神経の電気的興奮によって活性化され、嗅覚神経の機能に必須の役割を果たすものと考えられる。以上の結果は線虫のRasの神経系における働きを同定した始めての例である。また、あらゆる生物を通じて嗅覚におけるRas-MAPKの機能を示した最初の結果である。

【研究分担者】
國友博文	東京大学	遺伝子実験施設	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
石原健	国立遺伝学研究所	構造遺伝学研究センター	助手	(Kakenデータベース)
國友博文	東京大学	遺伝子実験施設	助手	(Kakenデータベース)