Toll受容体群がつくる細胞表面認識コードによる組織恒常性の維持機構解明

Research Project

Project/Area Number	21K06144
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 44010:Cell biology-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	梅津大輝東北大学, 生命科学研究科, 助教 (60620474)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	Toll受容体 / 上皮組織 / ショウジョウバエ / 位置情報不適合 / 細胞排除 / 発生ロバストネス / 組織恒常性 / 細胞表面認識 / 位置不適合性
Outline of Research at the Start	上皮組織は恒常性を維持するために常に組織の状態を監視し、異常な細胞が生じた場合に、直ちに排除する仕組みを備えている。しかし、この過程において細胞同士がどのようにして異常か正常かを認識しているのかは明らかになっていない。申請者は最近、複数のToll受容体が同一組織内の異なる領域で発現していることを発見した。このことから、Toll受容体群の発現が位置情報を反映し、周囲の細胞との適合性を評価する細胞表面認識コードとして機能する可能性が考えられる。本研究では、Toll受容体群の発現パターンと分子機能の解明を切り口に、位置情報不適合性の認識と異所的細胞集団の排除メカニズムの実体を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	上皮組織は恒常性を維持するために常に組織の状態を監視し、突然変異などによって異常な細胞が生じた場合に、それらを直ちに排除する仕組みを備えている。特に、組織形成過程においては、周囲の細胞と位置情報が適合しない細胞は組織から分離・排除されることが示されている。しかし、この過程において細胞同士がどのようにして異常か正常かを認識しているのかは明らかになっていない。この問題に取り組むためにライブイメージングによる細胞動態の解析が可能なショウジョウバエの腹部上皮組織をモデルとして用いた。細胞間の認識に重要な機能を果たすと考えられるToll受容体の上皮組織における機能が近年注目されている。Toll受容体は上皮組織においてダイナミックな発現パターンを示す。本研究では、複数のToll受容体が同一組織内の異なる領域で発現しているという独自の知見に基づき解析を進めた。ショウジョウバエゲノムに９つあるToll受容体のうち、腹部上皮組織で発現する４つのToll受容体に注目し、独自に作成したVenus蛍光タンパク質のノックイン系統を用いて発現パターンの詳細を解析した。それにより、４つのToll受容体が少しずつオーバーラップしながらもそれぞれが異なる領域で発現していることを示した。Toll受容体のノックインを保持する系統で体細胞クローン解析を行うことができる系統を樹立することができた。また、複数のToll受容体に対するshRNAを同時に発現し、ノックダウンすることができるショウジョウバエ系統の作成に必要な、それぞれのToll受容体に対するshRNAのDNAコンストラクトが作成できた。また、ショウジョウバエのToll遺伝子群の形態形成過程や細胞表面認識における働きについての総説を執筆し、論文発表を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ライブイメージングによってクローン解析を行うという挑戦的な試みにおいて必要なショウジョウバエ系統の作成については、前年度までは人手不足のために遅れていたが、今年度に樹立することができた。また、複数のToll受容体遺伝子を同時にノックダウンするのに必要なそれぞれのToll受容体遺伝子に対するDNAコンストラクトを全て作成することができた。前年度は地震の影響などによりやや遅れている状況だったが、今年度になって本プロジェクトに人員を当てることである程度取り戻すことができたため上記の評価となった。
Strategy for Future Research Activity	研究代表者が４月より研究機関を異動したため、本プロジェクトへの人員の確保が課題となるが、異動先の所属学生の参画などを通じて克服する。ショウジョウバエ腹部上皮で発現する４つのToll受容体遺伝子について、機能阻害、もしくは過剰発現する体細胞クローンを組織内に作出し、それぞれの遺伝子発現の不連続性が細胞集団の分離と排除にどのように寄与するかを明らかにする。また、Toll受容体遺伝子の発現を制御する上流遺伝子を同定するために、上皮組織のパターン形成で機能するTGF-beta、Wnt、Hedgehogなどのシグナル伝達経路の変異体の体細胞クローン解析を行う。以上から、位置情報を細胞表面認識コードに変換する仕組みを解明する。