ショウジョウバエにおけるIP_3/Ca^<2+>シグナル伝達とIP_3受容体の生理機能

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05263208
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 古市 貞一 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (50219094)
• Keywords: IP_3受容体 / 細胞内カルシウム / cGMP / シグナル伝達 / 光情報伝達

Research Abstract

昆虫をはじめとする無脊椎動物の光受容細胞では、光を吸収して活性化したロドプシンがGTP結合蛋白質(G蛋白質)を活性化する。次いで活性化されたG蛋白質がホスホリパーゼC(PLC)を活性化する。活性型PLCはホスファチジルイノシトール2リン酸(PIP2)の水解を誘導し、セカンドメッセンジャーであるイノシトール3リン酸(IP_3)が産生される。IP_3は細胞内Ca^<2+>ストアからCa^<2+>の放出を誘発することで、細胞内Ca^<2+>濃度の上昇が生じる。このCa^<2+>シグナル伝達に関わるのがIP_3受容体/Ca^<2+>放出チャネルで、我々は先にこのcDNAのクローニングに成功しその全一次構造を決定するとともに、IP_3受容体mRNAの発現部位・時期を明らかとした。
1.IP_3/Ca^<2+>シグナル伝達の下流に位置する機構について解析した。最近カブトガニで光受容細胞の光応答時にcGMPで開孔するチャネルの存在が示唆された。そこで我々は、IP_3/Ca^<2+>シグナルでguanylyl cyclase(cGMP合成酵素)が活性化され、細胞内cGMP濃度を上昇させるカスケードが働き、それがcGMP開孔性イオンチャネルの活性化につながるのではないかと考えた。我々は、ショウジョウバエよりguanylyl cyclase(dgc1)のcDNAをクローニングし、その全一次構造を決定した。dgc1は成虫頭部に発現し、複眼欠損変異体(eya/eya)では著減していた。抗体を用いた免疫組織化学では、dgc1蛋白質は視葉の特に第一次視神経節細胞体の細胞質、軸索、及び第二次神経節の二層にわたって存在した。今後はこのIP_3/Ca^<2+>/cGMPシグナル伝達カスケードの機構を詳細に調べる。
2.多彩な生理機能に関与しているIP_3/Ca^<2+>シグナル伝達は、組織・細胞種によって多様性があると考えられている。この多様性はIP_3受容体自体が遺伝子ファミリーをなしていることからも示唆されてきた。我々はヒトから新たに2種類のタイプのIP_3受容体cDNAをクローニングし、その解析も行った。現在これを基に、ショウジョウバエでも新タイプIP_3受容体の検索中である。
3.解析が進んでいるマウスIP_3受容体の構造機能解析をすすめ、Ca^<2+>ストア膜上での膜貫通様式(チャネル構造)と糖鎖結合部位・カルモジュリン結合部位の同定をした。

Research Products

• [Publications] Furuichi T: "Widespread expression of inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 gene(Insp3r1)in the mouse central nervous system" Receptors and Channels. 1. 11-24 (1993)
• [Publications] Fujita Y: "Primary structure and functional expression of the ω-conotoxin-sensitive N-type calcium channel from rabbit brain" Neuron. 10. 585-598 (1993)
• [Publications] Wojcikiewicz RJH: "Muscarinic receptor activation down-regulates the type I inositol 1,4,5-trisphosphate receptor by accelerating its degradation" J Biol Chem. In press (1994)
• [Publications] Yamamoto-Hino M: "Cloning and characterization of human type 2 and type 3 inositol 1,4,5-trisphosphate receptors" Receptors and Channels. In press (1994)
• [Publications] Kume S: "The Xenopus IP_3 Receptor:Structure,Function,and Localization in Oocytes and Eggs" Cell. 73. 555-570 (1993)
• [Publications] Michikawa T: "Transmembrane Topology and Sites of N-Glycosylation of Inositol 1,4,5-Trisphosphate Receptor" J Biol Chem. 269(In press). (1994)
• [Publications] Yoshikawa S: "Isolation of a Drosophila gene encoding a head-specific guanylyl cyclase" J Neurochem. 60. 157-1573 (1993)
• [Publications] Ryo Y: "Expression of the metabotropic glutamate receptor mGluRla and the ionotropic glutamate receptor GluRl in the brain during the postnatal development of normal mouse and in the cerebellum from mutant mice" J Neurosci Res. 36. 19-32 (1993)
• [Publications] Furuichi,T: "Multiple types of ryanodine receptors/Ca2+ release channels are differentially expressed in rabbit brain" J Neurosci. (In press). (1994)
• [Publications] 古市貞一: "イノシトール3リン酸(IP3)・Ca2+シグナリングとIP3受容体 化学と生物Vol.31 No.1" 日本農芸化学学会編 日本学会センター出版, 2 (1993)
• [Publications] Furuichi,T: "Intracellular channels In“Signaling mechanisms"Current Opinion in Neurobiology Vol.4/3" Current Biology Ltd.(In press), (1994)