神経回路形成を支えるメンブレントラフィックの分子遺伝学的解析

• Project Area: Intracellular logistics: interdisciplinary approaches to pathophysiology of membrane traffic
• Project/Area Number: 23113705
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 千原 崇裕 東京大学, 薬学研究科(研究院), 講師 (00431891)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: メンブレントラフィック / 神経回路 / ショウジョウバエ / 発生 / 遺伝学 / 軸索輸送

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、神経形態・回路形成に異常を示す新規メンブレントラフィック関連変異体dogiの解析を更に進めた。まず、dogiと結合する分子としてGlued(Dynactin)を見出したため、dogiとGluedの関係に着目した。Gluedは、Dyneinモーター蛋白質を制御するDynactin複合体の重要なサブユニットの１つである。では、dogi変異体神経内では、どのような物質輸送が異常になった結果、軸索伸長異常が起きているのだろうか？私は「初期エンドソームの輸送異常」が結果的に軸索突起伸長に影響を与えているとの仮説を立てた。まず、S2細胞でdogiをノックダウンし、様々な初期エンドソームマーカーを調べた。その結果、dogiノックダウン細胞では、エンドサイトーシス自体は起こるものの、その後の初期エンドソームの輸送異常、形態異常が検出された。一般に初期エンドソームは、細胞膜近傍に形成された後、Dynein依存的な輸送により細胞核近傍まで輸送され、その過程で融合を繰り返し成熟初期エンドソームになる。しかし、dogiノックダウン細胞では、形成された初期エンドソームは長期間細胞形質膜の近傍に留まり、またそれらエンドソームのサイズは小さかった。すなわち、dogiノックダウン細胞では、初期エンドソームの成熟過程が異常になっていることが明らかになった。次に、初期エンドソームの融合・成熟を制御するRab5の活性化型をdogi変異体神経に発現させ軸索の長さを定量した。その結果、活性化型Rab5発現dogi変異体神経の軸索は、活性化型Rab5を発現していないdogi変異体神経に比べて、顕著に伸長していた。以上の結果は、進化的に保存された機能未知蛋白質Dogiによる軸索伸長制御機構を提示すると同時に、軸索突起伸長における初期エンドソーム成熟の重要性を示す初めての結果である。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Meigo governs dendrite targeting specificity by modulating Ephrin level and N-glycosylation. (2013)
  • Author(s): Sekine, S.U., Haraguchi. S., Chao, K., Kato, T., Luo, L., Miura, M., and Chihara, T.
  • Journal Title: Nature Neuro Sci. Volume: 16 Issue: 6 Pages: 683-691
  • DOI: 10.1038/nn.3389
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prevention of apoptosis by mitochondrial phosphatase PGAM5 in the mushroom body is crucial for heat shock resistance in Drosophila melanogaster (2012)
  • Author(s): Ishida Y, Sekine Y, Oguchi H, Chihara T, Miura M, Ichijo H, Takeda K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neurite branching and elongation are regulated by Dogi, a novel microtubule interacting protein (2012)
  • Author(s): Chisako Sakuma
  • Organizer: 14th European Drosophila Neurobiology Conference
  • Place of Presentation: Padua, Italy
  • Year and Date: 2012-09-03
• [Presentation] ER homeostasis and vesicle trafficking for the olfactory wiring specificity in Drosophila (2012)
  • Author(s): Takahiro Chihara
  • Organizer: 45rd Annual meeting for the Japanese society of developmental biologists The 64th annual meeting of the Japan society for cell society
  • Place of Presentation: Kobe
  • Year and Date: 2012-05-30
  • Invited
• [Presentation] Nucleotide sugar transporter Meigo regulates both dendrite and axon targeting of synaptic partners through Ephrin signaling in the olfactory system (2012)
  • Author(s): Sekine, S., Liang, L., Hino-Yamamoto, M., Goto, S., Okano, H., Luo, L., Miura, M., Chihara, T
  • Organizer: 53rd Annual Drosopbila Research Conference
  • Place of Presentation: Chicago, USA
• [Presentation] Evolutionarily conserved protein Dogi is required for neurite branching and targeting by interacting with microtubule motor regulator Glued in Drophila olfactory projection neurons (2011)
  • Author(s): Sakuma, C., Luo, L., Miura, M., Chihara, T.
  • Organizer: 44th Annual Meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Neuronal targeting of synaptic partners are regulated by cell-autonomous function of Meigo, a putative UDP-sugar transporter, in the Drosophila olfactory brain center (2011)
  • Author(s): Sekine, S., Luo, L., Miura, M., Chihara, T
  • Organizer: 44^<th> Annual meeting for the Japanese Society of Developmental Biologists
  • Place of Presentation: Okinawa, Japan
• [Presentation] Evolutionarily Conserved Protein Dogi Regulates Neurite Targeting in the Olfactory System (2011)
  • Author(s): Sakuma, C., Luo, L., Miura, M., Chihara, T.
  • Organizer: 1^<st> Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
• [Presentation] Nucleotide sugar transporter Meigo regulates neuronal targeting of synaptic partners in the Drosophila antennal lobe (2011)
  • Author(s): Sekine, S., Luo, L., Miura, M., Chihara, T
  • Organizer: 1^<st> Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
• [Presentation] Nucleotide sugar transporter Meigo is required for neuronal targeting of synaptic partners in the Drosophila antennal lobe (2011)
  • Author(s): Sekine, S., Hino, M., Goto, S., Okano, H., Luo, L., Miura, M., Chihara, T
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, NEROBIOLOGY OF DROSOPHILA
  • Place of Presentation: New York, USA