Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

神経極性 / FRET / ショウジョウバエ / 軸索 / 樹状突起 / カスパーゼ / イメージング

本研究の目標は、神経発生過程におけるカスパーゼの活性化変動を、脳内の1神経細胞で検出することである。昨年度(平成19年度)は、ショウジョウバエ成体脳においてFRETを用いたカスパーゼ活性化検出プローブ:SCATを発現させFRETの解消パターン検出を試みたが、定量的な解析に耐えうる結果を得られなかった。その後も、SCATプローブの最適化、検出系の改良などを精力的に行ったが、SCATプローブを用いての(生体内)神経繊維におけるカスパーゼ活性化検出は困難であった。このような状況を踏まえ、今年度は、カスパーゼが活性化している神経細胞の同定を「PARP-Venus (Nat Neurosci. 9. 1234-6, 2006)」を用いて行った。PARP-Venusは、神経繊維などの細い細胞突起などでもカスパーゼの活性化を検出する事ができるプローブとして開発された。すべての神経細胞に発現するELAV-Ga14ドライバーを用いてPARP-Venusを強制発現し、生体内神経細胞におけるカスパーゼの活性化パターンを、胚期、幼虫期、蛹期、成虫期において解析したところ、特に成虫脳において興味深いカスパーゼ活性化パターンを見いだすことに成功した。例えば、羽化直後と加齢した成虫脳において、それぞれ特異的な神経細胞でカスパーゼは活性化していた。今後は、この時期・細胞種特異的なカスパーゼの活性化パターンの生理学的意義について迫る予定である。また、SCATプローブを用いた「脳神経細胞内カスパーゼの動的変化」についても引き続き解析を行っていく予定である。

カスパーゼ / イメージング / 傷害 / 遺伝学 / ショウジョウバエ

カスパーゼは細胞死のメディエーターとして機能するシステインプロテアーゼであり、生体防御機構においても重要な役割を担うことが知られている。そこで、カスパーゼの活性化を可視化するツールとして、FRETを用いたインディケーター、SCAT3(Sensor for activated CAspases based on FRET)を発現するショウジョウバエ系統を作製した。ショウジョウバエの脂肪体は感染時に抗菌ペプチドを産生する器官として知られている。我々は、ショウジョウバエの遺伝学的手法(GAL4/UASシステム)を用いてショウジョウバエの脂肪体にSCAT3を発現させ、感染後のカスパーゼ活性検出を試みた。ショウジョウバエ腹部にE.coliをマイクロインジェクションした後に、時間経過毎に脂肪体を取り出し、単一細胞レペルでのカメパーゼ活性を観察した。その結果、E_coliの注入後30分の間において、脂肪体細胞の一部の細胞で、細胞死を誘導するのに十分なカスパーゼ活性が観察された。感染後の免疫担当細胞におけるカスパーゼ活性化動態の単一細胞レベルでの観察はこれまでに報告が無く、新しい知見である。カスパーゼ活性が観察されたのは一部の細胞だけではなく、それ以外の細胞においても、微弱な、あるいは一時的なカスパーゼ活性が検出された。この活性が、持続し細胞死を誘導するものかどうかについて、E_coli注入後6時間の脂肪体細胞を観察したところ、活性化が見られなかったことから、感染後初期に誘導された一時的な活性化であることが考えられ、E_coliの感染初期においてカスパーゼが何らかの生理機能を果たしていることが示唆された。

発生 / 細胞社会 / カスパーゼ / 分化 / ショウジョウバエ / マウス / イメージンク / 神経発生 / 非対称分裂 / イメージング

発生は試行錯誤の繰り返しで進んで行くと考えられ、試行錯誤の過程では、不適切なシグナル受容によって絶えずストレスにさらされていると考えられる。本研究では、個体レベルでのストレスシグナル可視化技術の問題点を解決することで、個体発生における細胞死シグナルの揺らぎを生体内で可視化した。その結果、細胞社会からなる組織・器官形成における細胞死シグナルのダイナミクスおよびその生理的意義が明らかになった。

カスパーゼ / ショウジョバエ / 遺伝学 / 神経発生 / IAPファミリー / イメージング / キナーゼ / プロテアソーム / 神経細胞死 / ショウジョウバエ / 神経変性 / タンパク質分解 / アポトーシス / JNK / 蛋白質分解 / 神経細胞 / 細胞死 / 発生 / マウス / 細胞選択

ショウジョウバエ遺伝子の過剰発現スクリーニング(GSスクリーニング)を取り入れることで、神経細胞死シグナルの機能的的ゲノムスクリーニングを行った。ポリグルタミンによる神経細変性に関与する遺伝子として小胞体に存在する不良品蛋白質の輸送チャネル(Sec61α)を同定した。Sec61αは、分泌経路で合成される蛋白質の小胞体への移行と、小胞体関連タンパク質分解Endoplasmic Reticulum Associated Degradation : ERADにおいて小胞体から細胞質への不良品タンパク質の輸送を担う重要なチャネルである。Sec61αをショウジョウバエ複眼や培養細胞で過剰発現すると不良品タンパク質が細胞質に逆輸送されて蓄積し細胞死が誘導されること、逆にSec61αの活性を遺伝学的に弱めることによりポリグルタミン病モデルにおいて細胞質に蓄積していた不良品タンパク質が減少し、晩発性の神経変性が回復することが明らかになった。さらに、GSスクリーニングによって、神経細胞死シグナルを発する候補遺伝子としてDmIKKεが得られた。遺伝子の機能欠損スクリーニングによってもDmIKKεが得られ、細胞死を誘導しないレベルのカスパーゼ活性を調節することを見いだした。細胞死シグナルに関与する遺伝子のスクリーニングからDmIKKεが得られたことをふまえてその基質を探索した結果、種を超えて保存されたカスパーゼ抑制因子DIAP1が同定された。DmIKKεはDIAP1をリン酸化することによってその分解を促進する。DmIKKεを生体でノックダウンすると内在性のDIAP1レベルが組織で上昇した。しかし、この状態でも発生過程での細胞死は正常におこり、ここでのDmIKKεによるDIAP1レベルの調節は細胞死以外の生理機能に関与することが示唆された。本研究が明らかにした段階的なカスパーゼ活性化による神経選択の新たな仕組みは、発生と神経変性での細胞運命決定機構に新たな視点をもたらしたものである。

【研究分担者】
三浦正幸	東京大学	大学院・薬学系研究科	教授	(Kakenデータベース)